自從1965年(nian)(nian)第(di)一(yi)臺(tai)商(shang)品掃描(miao)電鏡(jing)問(wen)世(shi)(shi)以來，經過(guo)40多(duo)年(nian)(nian)的(de)不斷改進，掃描(miao)電鏡(jing)的(de)分辨率(lv)從第(di)一(yi)臺(tai)的(de)25nm提高到現(xian)在的(de)0.01nm，而(er)且大(da)多(duo)數掃描(miao)電鏡(jing)都能(neng)(neng)與X射(she)線(xian)波譜(pu)儀(yi)、X射(she)線(xian)能(neng)(neng)譜(pu)儀(yi)等組(zu)合，成為一(yi)種(zhong)對表面微(wei)觀世(shi)(shi)界能(neng)(neng)夠經行全面分析的(de)多(duo)功能(neng)(neng)電子顯微(wei)儀(yi)器(qi)。

用掃描(miao)電鏡可(ke)(ke)直接(jie)對(dui)晶體缺陷及(ji)生(sheng)成過程進行研究，可(ke)(ke)觀測金屬材料內部原子及(ji)其(qi)真實邊界的(de)集結模(mo)式(shi)，還(huan)可(ke)(ke)觀測不同情況下邊界的(de)運(yun)動模(mo)式(shi)，也(ye)可(ke)(ke)對(dui)晶體進行表(biao)面機(ji)械加(jia)工造(zao)成的(de)破(po)壞及(ji)輻(fu)射損傷進行檢驗等等。

1、掃描(miao)電(dian)鏡(jing)的結構(gou)及(ji)主要性能

掃描電(dian)(dian)鏡(jing)(jing)大致(zhi)可以分為鏡(jing)(jing)體(ti)與(yu)電(dian)(dian)源電(dian)(dian)路系(xi)統(tong)(tong)兩(liang)個組(zu)成部分。鏡(jing)(jing)體(ti)部分主要包(bao)括電(dian)(dian)子光(guang)學系(xi)統(tong)(tong)，信號(hao)收集與(yu)顯示(shi)系(xi)統(tong)(tong)，真空抽氣系(xi)統(tong)(tong)。

（1）電子光學系統

由電子(zi)槍，電磁透鏡，掃描線圈和(he)樣(yang)品室等部件組成。其作用是用來獲得(de)掃描電子(zi)束(shu)(shu)，作為信號(hao)的激發(fa)源。為了(le)獲得(de)較高的信號(hao)強度和(he)圖像分(fen)辨率，掃描電子(zi)束(shu)(shu)應具有較高的亮(liang)度和(he)盡可能小的束(shu)(shu)斑直徑。

（2）信號收集及顯示系(xi)統(tong)

檢(jian)測樣品在入射電(dian)子作用(yong)下(xia)產生(sheng)的物理信號(hao)，然后經視頻(pin)放(fang)大作為顯像系(xi)統(tong)的調制信號(hao)。現在普(pu)遍(bian)使用(yong)的是電(dian)子檢(jian)測器，它由閃爍體，光導管和光電(dian)倍增器所組成(cheng)。

（3）真空系統

真(zhen)空系統(tong)的(de)作(zuo)用是為保證電子光學系統(tong)正常工(gong)作(zuo)，防(fang)止樣品(pin)污染，一般(ban)情(qing)況下要求保持10-4~10-5Torr的(de)真(zhen)空度。

（4）電源系統

電源系統(tong)由(you)穩(wen)(wen)壓(ya)，穩(wen)(wen)流及(ji)相(xiang)應的安(an)全保護電路所(suo)組成，其作用是提(ti)供掃描電鏡各部分所(suo)需的電源。

（5）各類顯(xian)微鏡主要性能的比較

2、掃(sao)描(miao)電鏡(jing)工(gong)作(zuo)原理

掃(sao)描電(dian)鏡(jing)由電(dian)子(zi)(zi)(zi)槍(qiang)發(fa)射(she)(she)出來(lai)的電(dian)子(zi)(zi)(zi)束，在(zai)(zai)(zai)(zai)加速電(dian)壓的作用(yong)下，經(jing)過(guo)(guo)磁透(tou)鏡(jing)系統匯聚(ju)(ju)，形成直徑為5nm，經(jing)過(guo)(guo)二至(zhi)三個(ge)電(dian)磁透(tou)鏡(jing)所組成的電(dian)子(zi)(zi)(zi)光學系統，電(dian)子(zi)(zi)(zi)束會聚(ju)(ju)成一(yi)個(ge)細的電(dian)子(zi)(zi)(zi)束聚(ju)(ju)焦在(zai)(zai)(zai)(zai)樣(yang)品(pin)(pin)(pin)表面(mian)。在(zai)(zai)(zai)(zai)末級透(tou)鏡(jing)上(shang)(shang)邊裝(zhuang)有(you)掃(sao)描線(xian)圈(quan)，在(zai)(zai)(zai)(zai)它的作用(yong)下使電(dian)子(zi)(zi)(zi)束在(zai)(zai)(zai)(zai)樣(yang)品(pin)(pin)(pin)表面(mian)掃(sao)描。由于高能電(dian)子(zi)(zi)(zi)束與樣(yang)品(pin)(pin)(pin)物(wu)質的交互作用(yong)，結果產生(sheng)了各種信息：二次電(dian)子(zi)(zi)(zi)、背反射(she)(she)電(dian)子(zi)(zi)(zi)、吸收電(dian)子(zi)(zi)(zi)、X射(she)(she)線(xian)、俄歇電(dian)子(zi)(zi)(zi)、陰(yin)極發(fa)光和透(tou)射(she)(she)電(dian)子(zi)(zi)(zi)等。這些信號(hao)被相應的接收器(qi)接收，經(jing)放大后(hou)送到顯(xian)像(xiang)管(guan)的柵極上(shang)(shang)，調制顯(xian)像(xiang)管(guan)的亮(liang)(liang)度(du)。由于經(jing)過(guo)(guo)掃(sao)描線(xian)圈(quan)上(shang)(shang)的電(dian)流(liu)是(shi)(shi)與顯(xian)像(xiang)管(guan)相應的亮(liang)(liang)度(du)一(yi)一(yi)對(dui)應，也(ye)就(jiu)是(shi)(shi)說，電(dian)子(zi)(zi)(zi)束打到樣(yang)品(pin)(pin)(pin)上(shang)(shang)一(yi)點時，在(zai)(zai)(zai)(zai)顯(xian)像(xiang)管(guan)熒光屏上(shang)(shang)就(jiu)出現一(yi)個(ge)亮(liang)(liang)點。

掃描電鏡正(zheng)是這樣(yang)利(li)用逐點成(cheng)像將樣(yang)品表面(mian)的不同(tong)特性，依次、成(cheng)比例地變換成(cheng)視頻信號來(lai)完成(cheng)一幀，這樣(yang)，我(wo)們就(jiu)可以從熒光屏中(zhong)看到(dao)試樣(yang)表面(mian)多種特征圖像。

（1）掃(sao)描電鏡襯(chen)度像

a. 二次電子像

在(zai)入射(she)電(dian)子束作用下被轟擊出來并離開樣品(pin)(pin)表(biao)面的核外電(dian)子叫(jiao)做二(er)次電(dian)子。這是(shi)一(yi)種真空(kong)中的自由電(dian)子。二(er)次電(dian)子一(yi)般都是(shi)在(zai)表(biao)層5~10nm深(shen)度范(fan)圍內發射(she)出來的，它對樣品(pin)(pin)的表(biao)面形(xing)貌十分(fen)(fen)敏感，因(yin)此，能(neng)非(fei)常有(you)效(xiao)地(di)顯示樣品(pin)(pin)的表(biao)面形(xing)貌。二(er)次電(dian)子的產(chan)額和原子序(xu)數之(zhi)間(jian)沒有(you)明顯的依(yi)賴(lai)關系(xi)，所以不(bu)能(neng)用它來進行成分(fen)(fen)分(fen)(fen)析。

b.背散射電子像

背散(san)射(she)(she)電子(zi)(zi)是(shi)被(bei)固體樣(yang)品中的(de)原(yuan)子(zi)(zi)核反(fan)彈回來(lai)的(de)一部(bu)分(fen)入(ru)射(she)(she)電子(zi)(zi)，背散(san)射(she)(she)電子(zi)(zi)來(lai)自(zi)樣(yang)品表(biao)層幾百納米的(de)深度(du)范(fan)圍。由于它(ta)的(de)產(chan)能隨樣(yang)品原(yuan)子(zi)(zi)序數(shu)增大而增多，所以不僅能用作形貌分(fen)析，而且(qie)可以用來(lai)顯(xian)示原(yuan)子(zi)(zi)序數(shu)襯度(du)，定(ding)性地用作成分(fen)分(fen)析。

背(bei)散射(she)電(dian)(dian)子信號強度遠低于二(er)次電(dian)(dian)子，因此(ci)粗糙(cao)表面原(yuan)子序數襯度常被形貌(mao)襯度掩蓋。

（2）掃描電(dian)鏡的附件

掃(sao)描電鏡一般(ban)都配有波譜(pu)(pu)儀(yi)或者(zhe)能(neng)(neng)譜(pu)(pu)儀(yi)。波譜(pu)(pu)儀(yi)和能(neng)(neng)譜(pu)(pu)儀(yi)是不能(neng)(neng)互(hu)(hu)相取代的(de)，只(zhi)能(neng)(neng)是互(hu)(hu)相補(bu)充。

波(bo)(bo)譜(pu)儀(yi)是利用(yong)布拉格方(fang)程2dsinθ=λ，從試(shi)樣激發(fa)出了X射線經適當的(de)晶體分(fen)(fen)(fen)光(guang)，波(bo)(bo)長不同的(de)特征X射線將有(you)(you)不同的(de)衍射角2θ。波(bo)(bo)譜(pu)儀(yi)是微區成分(fen)(fen)(fen)分(fen)(fen)(fen)析(xi)的(de)有(you)(you)力工具。波(bo)(bo)譜(pu)儀(yi)的(de)波(bo)(bo)長分(fen)(fen)(fen)辨率(lv)是很(hen)高的(de)，但是由于X射線的(de)利用(yong)率(lv)很(hen)低(di)，所以它使用(yong)范圍有(you)(you)限。

能(neng)(neng)譜儀(yi)是(shi)利用X光量(liang)子的(de)能(neng)(neng)量(liang)不同來進行元(yuan)素(su)分析的(de)方(fang)法，對于某一種元(yuan)素(su)的(de)X光量(liang)子從主(zhu)量(liang)子數為n1的(de)層躍遷(qian)到主(zhu)量(liang)子數為n2的(de)層上時，有特定的(de)能(neng)(neng)量(liang)ΔE=En1-En2。能(neng)(neng)譜儀(yi)的(de)分辨(bian)(bian)率高(gao)，分析速(su)度快，但分辨(bian)(bian)本(ben)領(ling)差(cha)，經常有譜線重(zhong)疊現象(xiang)，而且對于低含量(liang)的(de)元(yuan)素(su)分析準確度很差(cha)。

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