掃描電鏡成像原理

1、掃描電鏡成像原理掃描電鏡成像原理掃描成像原理如下圖所示，電子槍1（鎢絲槍或LaB6槍或場發(fā)射槍等）發(fā)射一束電子，這就是電子源，其最少截面的直徑為d0，對鎢絲槍而言大約為20～50μm（場發(fā)射槍大約為10～20nm)，這個小束斑經(jīng)3和5兩級聚光鏡進一步縮小幾百倍，最后再經(jīng)物鏡縮小并聚焦在樣品面上，這時束斑10直徑最小可到3～6nm（約小于掃描電鏡的分辨本領(lǐng)），電子束打在樣品上，就產(chǎn)生上節(jié)所述的各種信號。二次電子和背散射電子信號是最常用的兩

2、種信號，尤其是二次電子。信號由接收器取出，經(jīng)光電倍增器和電子放大器放大后，作為視頻信號去調(diào)制高分辨顯示器的亮度，因此顯示器上這一點的亮度與電子束打在樣品上那一點的二次電子發(fā)射強度相對應(yīng)。由于樣品上各點形貌等各異，其二次電子發(fā)射強度不同，因此顯示器屏上對應(yīng)的點的亮度也不同。用同一個掃描發(fā)生器產(chǎn)生幀掃和行掃信號，同時去控制顯示的偏轉(zhuǎn)器和鏡筒中的電子束掃描偏轉(zhuǎn)器，使電子束在樣品表面上與顯示器中電子束在熒光屏上同步進行幀掃和行掃，產(chǎn)生相似于電視

3、機上的掃描光柵。這兩個光柵的尺寸比就是掃描電鏡的放倍數(shù)。在顯示器屏幕光柵上的圖像就是電子束在樣品上所掃描區(qū)域的放大形貌像。圖像中亮點對應(yīng)于樣品表面上突起部分，暗點表示凹的部分或背向接收器的陰影部分。由于顯示器屏幕上掃描尺寸是固定的，如14in(1in=25.4mm）顯示器的掃描面積是267200mm2，在放大倍數(shù)為十萬倍時樣品面上的掃描面積為2.672μm2如放大倍數(shù)為20倍時，則為13.3510mm2。因此改變電子束掃描偏轉(zhuǎn)器的電流大

4、小，就可改變電子束在樣品上的掃描尺寸，從而改變掃描電鏡的放大倍數(shù)。掃描電鏡的分辨本領(lǐng)一般指的是二次電子像的空間分辨本領(lǐng)，它是在高放大倍數(shù)下，人們能從照片中分清兩相鄰物像的最小距離。通常是用兩物像邊緣的最小距離來計算。但照片放大近十萬倍后，邊緣輪廓往往不十分清晰敏銳，難以測量準確?，F(xiàn)在多數(shù)人喜歡用兩個亮點（或黑點）之間的中心距離來表示，像透射電鏡的分辨本領(lǐng)測試一樣，這種方法比較嚴格可靠。二次電子像和背散射電子像是最常用的兩種成像模式。二次

5、電子像是用二次電子探頭取出二次電子信號而成的樣品表面形貌像，這是掃描電鏡的最主要和最基本工作模式，它的分辨率高、圖像立體感強。背散射電子像是用背散射電子探頭取出背散射電子信號而成的像，它的分辨率和像的質(zhì)量雖不如二次電子像，立體感也差，但它可以得到樣品中大致的成分分布值化、、二值圖濾波以及二值圖運算。圖像二值化，是把灰度圖像轉(zhuǎn)化成為二值圖像，即只有黑，白兩種灰度的圖像。設(shè)定一個灰度值作閥值，圖像中任何一個像素的灰度大于此值的則用白色（25

6、5）代替其灰度，小于則用黑色（0）代替。若經(jīng)二值分割出的二值圖不夠理想則可用二值圖濾波進行再處理。二值圖濾波有①填洞。對整幅圖像進行處理，把畫面上一些孤立點濾掉。②腐蝕濾波。去掉一些與提取特征不相關(guān)聯(lián)的部分。先設(shè)定一個一定小如33的矩陣，令此矩陣在圖像的每個像素上移動，若矩陣的中心點在物體內(nèi)，則一切不變；若矩陣中心點在背叉斑成像在物鏡的前焦平面上，經(jīng)物鏡后電子束接近平行束并射到樣品面上，它的發(fā)射角只俠定2、電擊桌面上的［Start］。3

7、、退出視窗關(guān)閉計算機.4、關(guān)閉控制面板上的電源開關(guān).5、等待15分鐘后關(guān)掉循環(huán)水.6、關(guān)掉總電源.二.方法原理方法原理1、掃描電鏡近況及其進展掃描電子顯微鏡的設(shè)計思想和工作原理，早在1935年已經(jīng)被提出來了，直到1956年才開始生產(chǎn)商品掃描電鏡。商品掃描電鏡的分辨率從第一臺的25nm提高到現(xiàn)在的0.8nm，已經(jīng)接近于透射電鏡的分辨率，現(xiàn)在大多數(shù)掃描電鏡都能同X射線波譜儀、X射線能譜儀和自動圖像分析儀等組合，使得它是一種對表面微觀世界能夠

8、進行全面分析的多功能的電子光學(xué)儀器。數(shù)十年來，掃描電鏡已廣泛地應(yīng)用在材料學(xué)、冶金學(xué)、地礦學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)以及地質(zhì)勘探，機械制造、生產(chǎn)工藝控制、產(chǎn)品質(zhì)量控制等學(xué)科和領(lǐng)域中，促進了各有關(guān)學(xué)科的發(fā)展。隨著納米材料的出現(xiàn)，原有的鎢燈絲掃描電鏡由于分辨率低，不能滿足納米材料分析檢測的要求，之后，電鏡生產(chǎn)廠家推出了場發(fā)射掃描電子顯微鏡，使掃描電鏡的分辨率提高到了0.8nm。場發(fā)射掃描電子顯微鏡又分為冷場場發(fā)射掃描電子顯微鏡和熱場場發(fā)射掃描電子顯微鏡

9、，它們的共性是分辨率高。熱場發(fā)射掃描電鏡的束流大且穩(wěn)定，適合進行能譜分析，但維護成本和要求高；冷場發(fā)射掃描電鏡的束流小且不穩(wěn)定，適合于做表面形貌觀察，不適合能譜分析，相對而言維護成本和要求要低一些。環(huán)境掃描電鏡的特點是對于生物樣品、含水樣品、含油樣品，既不需要脫水，也不必進行導(dǎo)電處理，可在自然的狀態(tài)下直接觀察二次電子圖像并分析元素成分。2、掃描電鏡的特點2.1能夠直接觀察樣品表面的微觀結(jié)構(gòu)，樣品制備過程簡單，對樣品的形狀沒有任何限制，粗

10、糙表面也可以直接觀察；2.2樣品在樣品室中可動的自由度非常大，可以作三度空間的平移和旋轉(zhuǎn)，這對觀察不規(guī)則形狀樣品的各個區(qū)域細節(jié)帶來了方便；2.3圖象富有立體感。掃描電鏡的景深是光學(xué)顯微鏡的數(shù)百倍，是透射電鏡的數(shù)十倍，故所得到的圖象立體感比較強；2.4放大倍數(shù)范圍大，從幾倍到幾十萬倍連續(xù)可調(diào)。分辨率也比較高，介于光學(xué)顯微鏡和透射電鏡之間；2.5電子束對樣品的損傷與污染程度小。由于掃描電鏡電子束束流小，且不是固定一點照射樣品表面，而是以光柵