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现代仪器分析结课论文浅谈扫描电子显微镜技术摘要：本文主要介绍了扫描电子显微镜的基本结构、工作原理和性能指标并且阐述了该仪器的操作方法及其维护要点。关键词：仪器分析扫描电子显微镜原理性能操作维护DiscussiononthescanningelectronmicroscopetechnologyAbstract：Thispapermainlyintroducesthebasicstructureprincipleandperformanceindexofthescanningelectronmicroscopeandexpoundstheoperationmethodandthekeypointsofmaintenanceoftheinstrument.Keywords:instrumentalanalysisscanningelectronmicroscopeprincipleperformanceoperationmaintenance0引言扫描电子显微镜（scanningelectronmicroscope）简称SEM是科学研究和工业生产过程中探索微观世界、进行表面结构和成分表征的不可缺少的工具。在20世纪60年代作为一种新型的电子光学仪器迅速发展起来。起初是用于较早的细胞生物学研究工具利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态即用极狭窄的电子束去扫描样品通过电子束与样品的相互作用产生各种效应其中主要是样品的二次电子发射。目前的扫描电子显微镜主要有钨灯丝、六硼化镧灯丝、热场发射和冷场发射扫描电子显微镜。这几种扫描电镜各有利弊结构上略有异同在不同的对象条件下发挥着各自的性能优势。环境扫描电镜为FEI公司（原飞利浦电镜）首创样品室及镜筒压差控制系统和探测器设计保证了环境扫描系统可以在高真空、低真空和超低真空环境下对导体、半导体或绝缘体进行无喷涂导电层直接分析表征更可在数千帕条件下进行含水、有气样品的原始形貌观测表征、气体和样品之间相互作用的原位观测研究。我校现购置的QuantaTM250环境扫描电子显微镜系列是该公司在2009年7月后推出的的最新系列产品具有良好的超低真空、低真空工作稳定性及样品信号收集效果。目前环扫系统已广泛应用于无机材料、石油地质、生物样品等不导电样品的形貌表征以及原位过程分析。该仪器的配备对进一步提升我校采矿、安全、地质资源与地质工程、矿物加工、矿产普查与勘探、岩土、土木、化工、材料、环境科学与工程等多学科的研究水平有十分积极的作用。1基本结构扫描电子显微镜的基本结构一般包括电子光学系统、真空系统、成像系统、检测器和电源系统五个部分。其中真空系统主要包括真空泵和真空柱两部分。真空柱是一个密封的柱形容器。成像系统和电子束系统均内置于真空柱内真空柱底端为密封室用于放置样品。电子光学系统是由电子枪电磁透镜扫描线圈和样品室等部分组成。2基本原理扫描电子显微镜的制造依据是电子与物质的相互作用。扫描电镜从原理上讲就是利用聚焦得非常细的高能电子束在试样上扫描激发出各种物理信息。通过对这些信息的接受、放大和显示成像获得测试试样表面形貌的观察。当高能电子束轰击物质的表面时激发出一系列的电子信号如二次电子、俄歇电子、特征X射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子等以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。这些信号可以反映出被测样品本身的各种物理、化学性质的信息如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等。扫描电子显微镜正是利用对二次电子、背散射电子的采集得到样品微观形貌和样品组分定性方面的信息；特征X射线可以反映出样品物质化学成分的信息。3主要性能参数3.1放大率与普通光学显微镜不同SEM是通过控制扫描区域的大小来控制放大率的。如果需要更高的放大率只需要扫描更小的一块面积就可以了。放大率由屏幕/照片面积除以扫描面积得到。所以SEM的透镜与放大率无关。3.2场深在SEM中位于焦平面上下的一小层区域内的样品点都可以得到良好的会焦而成像。这一小层的厚度称为场深通常为几纳米厚所以SEM可以用于纳米级样品的三维成像。3.3作用体积电子束不仅仅与样品表层原子发生作用它实际上与一定厚度范围内的样品原子发生作用所以存在一个作用“体积”。作用体积的厚度因信号的不同而不同：欧革电子：0.5～2纳米。次级电子：5λ对于导体λ=1纳米；对于绝缘体λ=10纳米。背散射电子：10倍于次级电子。特征X射线：微米级。X射线连续谱：略大于特征X射线也在微米级。3.4工作距离工作距离指从物镜到样品最高点的垂直距离。如果增加工作距离可以在其他条件不变的情况下获得更大的场深。如果减少工作距离则可以在其他条件不变的情况下获得更高的分辨率。通常使用的工