1. 工作原理??
掃描電子顯微鏡(SEM)利用高能電子束與樣品表面相互作用，通過收集產生的各種信號來形成高分辨率的表面形貌和成分信息。其核心工作流程如下：
-
??電子束產生??：
- 由電子槍(熱發射或場發射)發射高能電子(通常 ??0.1–30 keV??)。
- 電子束經電磁透鏡系統聚焦成極細的探針(可小至 ??1 nm??)。
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??掃描與樣品相互作用??：
- 電子束在掃描線圈控制下逐點掃描樣品表面。
- 入射電子與樣品原子相互作用，產生多種信號：
- ??二次電子(SE)??：低能電子(<50 eV)，主要反映樣品表面形貌。
- ??背散射電子(BSE)??：高能電子，攜帶成分(原子序數)信息。
- ??X射線(EDS)??：用于元素成分分析。
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??信號檢測與成像??：
- 探測器(如 ??Everhart-Thornley 探測器??)收集二次電子或背散射電子。
- 信號經放大后轉換為電信號，同步顯示為掃描區域的灰度圖像。
??2. 成像機制??
SEM 的成像機制主要依賴 ??二次電子(SE)?? 和 ??背散射電子(BSE)?? 兩種信號：
??(1)二次電子成像(表面形貌)??
- ??信號來源??：電子束激發樣品表層(~10 nm 深度)的二次電子。
- ??成像特點??：
- 高分辨率(可達 ??0.4 nm??，場發射SEM)。
- 對表面凹凸敏感，形成立體感強的形貌圖像。
- 適用于觀察納米結構、生物樣品、材料表面缺陷等。
??(2)背散射電子成像(成分對比)??
- ??信號來源??：電子束與樣品深層(~1 μm)原子核碰撞后反射的高能電子。
- ??成像特點??：
- 亮度與原子序數(Z)相關(??Z 越高，信號越強??)。
- 用于區分不同元素區域(如金屬顆粒分布在聚合物中)。
??(3)其他成像模式??
- ??EDS 能譜分析??：通過檢測特征 X 射線，實現元素定性和定量分析。
- ??陰極熒光(CL)??：用于半導體、礦物等材料的發光特性研究。
??3. 技術優勢與局限??
| ??優勢?? | ??局限性?? |
| 高分辨率（亞納米級） | 樣品需導電或鍍膜（非導電樣品需處理） |
| 大景深（比光學顯微鏡高100倍） | 無法觀察內部結構（僅表面成像） |
| 可結合EDS/WDS進行成分分析 | 高真空環境限制活體生物觀測 |
| 三維成像能力（通過傾斜或FIB-SEM） | 設備成本高，維護復雜 |
??4. 典型應用??
- ??材料科學??：納米材料、斷口分析、涂層結構。
- ??生物學??：細胞、細菌、病毒的超微結構觀察。
- ??半導體工業??：芯片缺陷檢測、電路形貌分析。
- ??地質學??：礦物成分與形貌表征。
??5. 總結??
SEM 通過 ??高能電子束掃描?? 和 ??多信號檢測??，實現了表面形貌與成分的高分辨率分析，是材料、生物、工業等領域的表征工具。其成像機制的核心在于 ??二次電子（形貌）?? 和 ??背散射電子（成分）?? 的協同利用，結合 EDS 可進一步擴展至元素分析。
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