Q：掃描電鏡（SEM）的工作原理是什么？

電子 作為早發(fā)現(xiàn)的基本粒子，是電量小的單元，電量為 1.602189 × 10^-19 庫侖，質(zhì)量為 9.10956 × 10^-31 kg。自然界的原子都由一個帶正電的原子核以及圍繞它運動的若干電子組成。

電子的發(fā)射源

在 SEM 中，燈絲作為電子的發(fā)射源十分關鍵，傳統(tǒng)的 W 燈絲以及飛納電鏡采用的 CeB₆ 燈絲都是通過熱激發(fā)方式激發(fā)電子。

熱激發(fā)是通過賦予電子更高的能量加熱，使得電子具有超出逸出功的能力，逸出功越高，需要的工作溫度也就越高。

W 燈絲的逸出功為 4.5 eV，CeB₆ 燈絲的逸出功為 2.6 eV。所以，W 燈絲的工作溫度在 2800K，而 CeB₆ 只需要在 1800K，工作溫度的不同同樣會影響色差，W 燈絲色差為 2.5 eV，CeB₆ 色差僅為 1 eV。

燈絲電子發(fā)射原理決定了 CeB₆ 燈絲可以在更低的溫度下產(chǎn)生比 W 燈絲更高的電流，意味著更高的亮度，更低的色差和更長的壽命。

電子在電場以及磁場中的運動

電子在磁場中會受到洛倫茲力的作用，從而改變運動的方向，在掃描電鏡中主要體現(xiàn)在物鏡（通電磁線圈產(chǎn)生的磁場會聚電子）以及掃描單元（通電磁線圈產(chǎn)生的磁場偏轉電子）。

電子與樣品相互作用

當入射電子與樣品相互作用時，會激發(fā)出多種電子信號，包括背散射電子（BSE）、二次電子（SE）等。

背散射電子激發(fā)深度為 1-2μm，主要反映樣品的成分以及晶向等信息，而二次電子激發(fā)深度一般 ＜10 nm，主要表征樣品的表面形貌信息。

SED 成像，主要反映樣品的表面形貌，在邊緣等處信號量更高。

BSD 成像，主要反映樣品的成分差異，原子序數(shù)較大的組分亮度更高。

Phenom 飛納采用逸出功更低的單晶 CeB₆ 燈絲，可以在低溫下使電子逸出，有效地降低色差，提升燈絲亮度，延長燈絲使用壽命，并通過電場以及磁場的控制實現(xiàn)電子的加速以及偏轉，提供 BSD 和 SED 圖像。