自從1965年(nian)第(di)一(yi)臺(tai)商(shang)品掃描(miao)電鏡問世(shi)以來，經過40多(duo)年(nian)的(de)不斷(duan)改進，掃描(miao)電鏡的(de)分辨率從第(di)一(yi)臺(tai)的(de)25nm提(ti)高到現(xian)在的(de)0.01nm，而且大多(duo)數掃描(miao)電鏡都能(neng)與X射(she)線波譜儀、X射(she)線能(neng)譜儀等組(zu)合，成(cheng)為(wei)一(yi)種對(dui)表(biao)面(mian)微(wei)觀世(shi)界能(neng)夠經行全面(mian)分析的(de)多(duo)功(gong)能(neng)電子顯微(wei)儀器。
用掃描電(dian)鏡可(ke)直接(jie)對(dui)晶體(ti)(ti)缺陷(xian)及生成(cheng)過程進行研究，可(ke)觀(guan)測金屬材料內部(bu)原子及其真實邊界的集(ji)結模式，還可(ke)觀(guan)測不同情(qing)況下邊界的運動(dong)模式，也(ye)可(ke)對(dui)晶體(ti)(ti)進行表面(mian)機械加工造成(cheng)的破壞及輻射損傷進行檢驗等等。
1、掃描電鏡的結構及主要(yao)性能
掃描電(dian)(dian)鏡(jing)大致(zhi)可以分為(wei)鏡(jing)體與(yu)電(dian)(dian)源電(dian)(dian)路系(xi)統兩個組成部分。鏡(jing)體部分主(zhu)要包括電(dian)(dian)子光學系(xi)統，信(xin)號收集與(yu)顯示系(xi)統，真空(kong)抽氣系(xi)統。
（1）電子光學系統
由(you)電(dian)(dian)子(zi)槍，電(dian)(dian)磁透鏡(jing)，掃描(miao)(miao)線圈和(he)樣品室等部件組(zu)成。其(qi)作用(yong)是用(yong)來獲(huo)得掃描(miao)(miao)電(dian)(dian)子(zi)束，作為信(xin)號的激發源。為了獲(huo)得較(jiao)高的信(xin)號強度和(he)圖(tu)像(xiang)分辨率，掃描(miao)(miao)電(dian)(dian)子(zi)束應具有(you)較(jiao)高的亮(liang)度和(he)盡可能小的束斑直徑(jing)。
（2）信號收(shou)集及顯示(shi)系統
檢(jian)測樣品在(zai)入射電子作(zuo)用下產生的物理信(xin)號(hao)，然后經視頻放大作(zuo)為(wei)顯像系統的調制信(xin)號(hao)。現(xian)在(zai)普(pu)遍(bian)使用的是電子檢(jian)測器，它由(you)閃爍體，光導管(guan)和光電倍增器所組成(cheng)。
（3）真空系統
真(zhen)空系(xi)統(tong)的作(zuo)用是為保證電(dian)子光學系(xi)統(tong)正常工作(zuo)，防(fang)止樣(yang)品污染，一般(ban)情況下要求保持10-4~10-5Torr的真(zhen)空度。
（4）電源系統
電(dian)源系統由穩壓，穩流(liu)及相應的安全保護電(dian)路所(suo)組成，其作(zuo)用是提供掃(sao)描電(dian)鏡各部分所(suo)需的電(dian)源。
（5）各類顯微鏡(jing)主要性能的比較
2、掃描電鏡工(gong)作原理(li)
掃描(miao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)鏡由(you)(you)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)槍發射出(chu)來的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束，在加速(su)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓的(de)(de)(de)作用(yong)下，經(jing)過磁(ci)(ci)透鏡系統匯聚(ju)(ju)，形成(cheng)直徑(jing)為5nm，經(jing)過二(er)至(zhi)三個(ge)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)透鏡所組(zu)成(cheng)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)光學系統，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束會聚(ju)(ju)成(cheng)一(yi)個(ge)細的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束聚(ju)(ju)焦在樣(yang)(yang)品表(biao)面(mian)。在末級透鏡上(shang)邊裝有掃描(miao)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)，在它的(de)(de)(de)作用(yong)下使電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束在樣(yang)(yang)品表(biao)面(mian)掃描(miao)。由(you)(you)于(yu)高能電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束與樣(yang)(yang)品物質的(de)(de)(de)交互作用(yong)，結果產生了各種信息(xi)：二(er)次電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)、背反(fan)射電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)、吸收(shou)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)、X射線(xian)(xian)(xian)、俄歇電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)、陰極發光和透射電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)等。這些信號被相應的(de)(de)(de)接(jie)收(shou)器接(jie)收(shou)，經(jing)放大后送(song)到顯(xian)(xian)像管(guan)的(de)(de)(de)柵極上(shang)，調制(zhi)顯(xian)(xian)像管(guan)的(de)(de)(de)亮度(du)。由(you)(you)于(yu)經(jing)過掃描(miao)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)上(shang)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流是(shi)與顯(xian)(xian)像管(guan)相應的(de)(de)(de)亮度(du)一(yi)一(yi)對應，也就是(shi)說，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束打(da)到樣(yang)(yang)品上(shang)一(yi)點時(shi)，在顯(xian)(xian)像管(guan)熒光屏(ping)上(shang)就出(chu)現一(yi)個(ge)亮點。
掃(sao)描電鏡正是(shi)這樣(yang)(yang)利用逐點成像將樣(yang)(yang)品表面的不同特性，依(yi)次、成比例(li)地變換成視頻(pin)信號來完成一幀，這樣(yang)(yang)，我(wo)們就可以(yi)從熒光屏中(zhong)看(kan)到試樣(yang)(yang)表面多種特征圖像。
（1）掃描電鏡襯度(du)像(xiang)
a. 二次電子像
在(zai)入(ru)射電(dian)(dian)子束作用下被(bei)轟擊出來(lai)并離開(kai)樣品(pin)表面(mian)的(de)核外電(dian)(dian)子叫做二(er)次(ci)(ci)電(dian)(dian)子。這是一種真空中(zhong)的(de)自由電(dian)(dian)子。二(er)次(ci)(ci)電(dian)(dian)子一般都(dou)是在(zai)表層5~10nm深度范圍內(nei)發射出來(lai)的(de)，它(ta)對(dui)樣品(pin)的(de)表面(mian)形貌十(shi)分(fen)敏感，因此，能(neng)(neng)非常有(you)(you)效(xiao)地顯示樣品(pin)的(de)表面(mian)形貌。二(er)次(ci)(ci)電(dian)(dian)子的(de)產額和原子序數之間(jian)沒有(you)(you)明顯的(de)依賴關系，所以不能(neng)(neng)用它(ta)來(lai)進行成分(fen)分(fen)析(xi)。
b.背散射電子像
背散射(she)電(dian)子是被固體樣品中的原子核反彈回(hui)來(lai)的一部分入射(she)電(dian)子，背散射(she)電(dian)子來(lai)自樣品表層幾百(bai)納米(mi)的深度(du)范圍。由(you)于它的產能隨樣品原子序(xu)數增大而增多，所以不(bu)僅能用(yong)作形(xing)貌分析(xi)，而且可(ke)以用(yong)來(lai)顯示原子序(xu)數襯度(du)，定性地用(yong)作成分分析(xi)。
背散(san)射電(dian)子(zi)信號強度(du)遠(yuan)低于二次電(dian)子(zi)，因此粗(cu)糙表面(mian)原子(zi)序數襯(chen)度(du)常被形貌襯(chen)度(du)掩(yan)蓋。
（2）掃描電鏡的附件(jian)
掃描電鏡(jing)一般(ban)都配(pei)有波譜(pu)(pu)儀(yi)或(huo)者(zhe)能(neng)譜(pu)(pu)儀(yi)。波譜(pu)(pu)儀(yi)和(he)能(neng)譜(pu)(pu)儀(yi)是不能(neng)互相(xiang)取代的，只能(neng)是互相(xiang)補充。
波譜儀(yi)(yi)是(shi)利用布拉格方程2dsinθ=λ，從試樣(yang)激發出了(le)X射(she)線經適當的(de)(de)晶體分(fen)光(guang)，波長不同的(de)(de)特征X射(she)線將有(you)不同的(de)(de)衍射(she)角2θ。波譜儀(yi)(yi)是(shi)微(wei)區成分(fen)分(fen)析(xi)的(de)(de)有(you)力工(gong)具。波譜儀(yi)(yi)的(de)(de)波長分(fen)辨(bian)率(lv)是(shi)很高的(de)(de)，但(dan)是(shi)由于X射(she)線的(de)(de)利用率(lv)很低，所以它使用范圍(wei)有(you)限。
能譜儀是利用X光量(liang)(liang)子的(de)(de)能量(liang)(liang)不同(tong)來進行(xing)元(yuan)素分(fen)(fen)析的(de)(de)方法(fa)，對于某一種元(yuan)素的(de)(de)X光量(liang)(liang)子從主量(liang)(liang)子數為(wei)n1的(de)(de)層躍遷到(dao)主量(liang)(liang)子數為(wei)n2的(de)(de)層上時，有(you)特(te)定的(de)(de)能量(liang)(liang)ΔE=En1-En2。能譜儀的(de)(de)分(fen)(fen)辨率(lv)高，分(fen)(fen)析速度快，但分(fen)(fen)辨本領(ling)差，經(jing)常有(you)譜線(xian)重疊(die)現象，而且(qie)對于低含量(liang)(liang)的(de)(de)元(yuan)素分(fen)(fen)析準確度很差。
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