掃描電子顯微鏡（SEM）原理

電子槍產(chǎn)生的電子束經(jīng)聚光鏡和物鏡聚焦后,，形成極細的電子束在樣品表面進行逐點掃描,。電子束與樣品表面相互作用,，激發(fā)出二次電子,、背散射電子等信號,。其中二次電子對樣品表面的形貌非常敏感,，這些二次電子被探測器收集,，轉(zhuǎn)換為電信號,，再經(jīng)過處理后在顯像管或顯示屏上形成反映樣品表面形貌的三維圖像,。

應用場景：

主要用于觀察樣品的表面形貌，如材料的斷口,、晶體的表面生長形態(tài),、生物樣品的細胞表面結構等,，在材料科學、生物學,、地質(zhì)學,、半導體工業(yè)、法醫(yī)學等領域應用廣泛,。

掃描電子顯微鏡（SEM）分類

掃描電子顯微鏡（SEM）有多種分類方式,，具體如下：

1、按電子槍種類分類

（1）鎢絲槍掃描電鏡：使用熱鎢極電子槍,，陰極為能加熱的鎢絲,。優(yōu)點是結構簡單、成本較低,、適用性強,、維護費用低。

（2）六硼化鑭掃描電鏡：用六硼化鑭陰極替代鎢絲陰極,。其亮度比熱鎢絲陰極電子槍高一個數(shù)量級,，可使分辨率提高到4-5nm，但需要相當復雜的附屬設備,，價格較貴,，應用相對較少。

（3）場發(fā)射掃描電鏡：主要靠加在陰極表面的電場發(fā)射電子,，陰極為晶體鎢,。具有亮度高、分辨率高,、壽命長,、能實現(xiàn)快速掃描觀察和記錄等優(yōu)點，分辨率已達到3nm甚至更高,，還可在低加速電壓下進行高分辨率觀察,，能直接觀察絕緣體，但造價非常昂貴,。

2,、按樣品室的真空度分類

（1）高真空掃描電鏡：樣品室需維持較高的真空度,，一般在10?? - 10?? Torr之間,，適用于觀察不導電或?qū)щ娦圆畹臉悠罚蓽p少電子與氣體分子的碰撞,，提高圖像質(zhì)量,。

（2）低真空掃描電鏡：樣品室真空度相對較低，可在10?2 - 10?3 Torr范圍工作,，允許樣品在較低真空條件下觀察,，對于一些不宜在高真空環(huán)境下觀察的樣品,，如含水、含油樣品等非常適用,，可減少對樣品的處理過程,。

（3）環(huán)境掃描電鏡：可在接近常壓的環(huán)境下對樣品進行觀察，能夠直接觀察濕樣,、活的生物樣品等,，大大擴展了掃描電鏡的應用范圍。

3,、按功能和應用分類

（1）常規(guī)掃描電鏡：主要用于常規(guī)的樣品表面形貌觀察,，能提供樣品表面的微觀結構信息，廣泛應用于材料科學,、生物學,、地質(zhì)學等多個領域。

（2）分析掃描電鏡：在常規(guī)掃描電鏡的基礎上配備了X射線能譜儀（EDS）,、波譜儀（WDS）等分析附件,，可對樣品微區(qū)的化學成分進行分析，實現(xiàn)形貌觀察與成分分析的結合,。

（3）生物用掃描電鏡：備有冰凍冷熱樣品臺,，可把含水生物樣品迅速冷凍并對冰凍樣品進行觀察，減少化學處理引起的人為變化,，使觀察樣品更接近于自然狀態(tài),，還可進行樣品切開、冰升華,、噴鍍金屬等操作,，用于觀察生物樣品的內(nèi)部結構。

此外,，掃描電子顯微鏡還可按真空泵類型分為油擴散泵掃描電鏡,、分子泵掃描電鏡；按自動化程度分為自動掃描電鏡,、手動掃描電鏡,；按操作方式分為旋鈕操作掃描電鏡、鼠標操作掃描電鏡等,。

其中鎢絲槍掃描電鏡是一種常用的掃描電子顯微鏡,，能解決的問題：

1、材料科學領域

金屬材料分析：可用于觀察金屬材料的晶粒結構,、晶界形態(tài),，研究不同熱處理狀態(tài)下金屬的微觀結構變化，如分析淬火,、回火等工藝對金屬材料內(nèi)部組織的影響,，為優(yōu)化金屬材料的性能提供依據(jù),。

復合材料研究：能夠分析復合材料中纖維和基體之間的結合界面狀況,，觀察界面處是否存在缺陷,、裂縫等，研究裂紋在復合材料中的擴展路徑,，從而評估復合材料的力學性能和失效機制,。

2,、生命科學領域

細胞形態(tài)觀察：可以清晰觀察細胞的表面形貌，如癌細胞與正常細胞在細胞膜形態(tài),、表面微絨毛等方面的差異,，輔助癌癥等疾病的診斷。

生物組織研究：對生物組織樣品進行觀察,，了解組織中細胞的排列方式,、細胞間的連接結構等，比如觀察神經(jīng)組織中神經(jīng)元之間的連接情況,，為神經(jīng)科學研究提供形態(tài)學依據(jù),。

3、半導體工業(yè)領域

芯片質(zhì)量檢測：能檢測芯片表面的缺陷,，如劃痕,、孔洞、金屬線的斷裂或短路等問題,，確保芯片的質(zhì)量和性能,。

工藝監(jiān)控：在半導體制造工藝中，用于監(jiān)控光刻,、蝕刻等工藝步驟對芯片表面結構的影響,，觀察芯片表面的圖案是否符合設計要求，及時發(fā)現(xiàn)工藝中的問題并進行調(diào)整,。

優(yōu)勢

1,、操作維護簡便

設備結構簡單：相比場發(fā)射掃描電鏡等，其結構相對簡單,，操作界面友好,，易于上手操作，減少了操作人員的培訓成本和時間,。

維護成本較低：維護和調(diào)試過程相對容易,，維護費用也較低，鎢絲槍的更換和日常保養(yǎng)較為便捷,，降低了設備的長期運營成本,。

2,、適應性強

真空要求較低：可以在相對較低的真空度下工作（<10Pa）,，適用于多種不同類型的樣品,，對于一些難以在高真空環(huán)境下保持穩(wěn)定的樣品，如含有一定水分或易揮發(fā)成分的樣品,，也能夠進行觀察,。

樣品類型廣泛：能夠觀察導電和不導電的材料，無論是金屬,、陶瓷等導電材料,，還是塑料、生物樣品等不導電材料,，都可以在鎢絲槍掃描電鏡下進行成像分析,。

3、總發(fā)射電流穩(wěn)定

抗干擾能力強：總發(fā)射電流和光斑大,，性能穩(wěn)定,，抗震和抗干擾能力較強，能夠在一定程度上抵御外界環(huán)境因素的干擾,，保證成像的穩(wěn)定性和可靠性,，在一些環(huán)境條件相對復雜的實驗室或工業(yè)現(xiàn)場也能較好地工作。

CEM3000系列鎢燈絲臺式掃描電鏡現(xiàn)場隨機進行70000X倍成像