11.扫描电子显微镜(2)

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除了上面列出的六种信号外，固体样品中

还会产生例如阴极荧光、电子束感生效应 等信号，经过调制后也可以用于专门的分 析。

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第二节 扫描电子显微镜的构造扫描电子显微镜是由电子光学系统，信号收集处理、 图象显示和记录系统，真空系统三个基本部分组成。 图12-3为扫描电子显微镜构造远离的方框图。 一、 电子光学系统(镜筒) 电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和 样品室。 1、 电子枪 扫描电子显微镜中的电子枪与透射电子显微镜 的电子枪相似，只是加速电压比透射电子显微镜低。

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2、 电磁透镜 扫描电子显微镜中各电磁透镜都不作成像透镜用， 而是作聚光镜用，他们的功能只是把电子枪的束斑(虚 光源)逐级聚焦缩小，使原来直径约为50um的束斑缩 小成一个只有数个纳米的细小斑点，要达到这样的缩小 倍数，必须用几个透镜来完成。扫描电子显微镜一般都 有三个聚光镜，前两个聚光镜是强磁透镜，可把电子束 光班缩小，第三个透镜是弱磁透镜，具有较长的焦距。 布置这个末级透镜(习惯上称之为物镜)的目的在于使 样品室和透镜之间留有一定的空间，以便装入各种信号 探测器。扫描电子显微镜中照射到样品上的电子束直径 越小，就相当于成像单元的尺寸越小，相应的分辨率就 越高。采用普通热阴极电子枪时，扫描电子束的束径可 达到6nm左右。若采用六硼化镧阴极和场发射电子枪， 电子束束径还可以进一步缩小。

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3、 扫描线圈 扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面作有规则的 扫动，电子束在样品上的扫描动作和显像管上的扫描动作保持严 格同步，因为他们是由同一扫描发生器控制的。图12-4示出电 子束在样品表面进行扫描的两种方式。进行形貌分析时都采用光 栅扫描方式，见图12-4(a)。当电子束进入上偏转

线圈时， 方向发生转折，随后又由下偏转线圈使它的方向发生第二次转折。 发生二次偏转的电子束通过末级透镜的光心射到样品表面。在电 子束偏转的同时还带有一个逐行扫描动作，电子束在上下偏转线 圈的作用下，在样品表面扫描出方形区域，相应地在样品上也画 出一帧比例图像。样品上各点受到电子束轰击时发出的信号可由 信号探测器接受，并通过显示系统在显象管荧光屏上按强度描绘 出来。如果电子束经上偏转线圈转折后未经下偏转线圈改变方向， 而直接由末级透镜折射到入射点位置，这种扫描方式称为角光栅 扫描或摇摆扫描，见图12-4(b)。入射束被上偏转线圈转折 的角度越大，则电子束在入射点上摆动的角度也越大。在进行电 子通道花样分析时，我们将采用这种操作方式。

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4、 样品室 样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。 各种不同信号的收集和相应检测器的安放位置有 很大关系，如果安置不当，则有可能收不到信号 或收到的信号很弱，从而影响分析精度。 样品台本身是一个复杂而精密的组件，它应 能夹持一定尺寸的样品，并能使样品作平移、倾 斜和转动等运动，以利于对样品上每一特定位置 进行各种分析。新式扫描电子显微镜的样品室实 际上是一个微型试验室，它带有多种附件，可使 样品在样品台上加热、冷却和进行机械性能试验 (如拉伸和疲劳)。

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二、 信号的收集和图像显示系统 二次电子、背散射电子和透射电子的信号都 可采用闪烁计数器来进行检测。信号电子进入闪 烁体后即引起电离，当离子和自由电子复合后就 产生可见光。可见光信号通过光导管送入光电倍 增器，光信号放大，即又转化成电流信号输出， 电流信号经视频放大器放大后就成为调制信号。 如前所述，由于镜筒中的电子束和显象管中电子 束是同步扫描的，而荧光屏上每一点的亮度是根 据样品上被激发出来的信号强度来调制的，因此 样品上各点的状态各不相同，所以接收到的信号 也不相同，于是就可以在显象管上看到一幅反映 试样各点状态的扫描电子显微图像。

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三、

真空系统 为保证扫描电子显微镜电子光学系统 的正常工作，对镜筒内的真空有一定的要 求。一般情况下，如果真空系统能提供 1.33×10-2~1.33×10-3Pa(10-4~ 10-5mmHg)的真空度时，就可以防止样 品的污染。如果真空度不足，除样品被严 重污染外，还会出现灯丝寿命下降，极间 放电等问题。图12-5为TOPCON公司LS -780型扫描电镜外观图。

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扫描电子显微镜的主要性能

扫描电子显微镜分辨率的高低和检测信号的种类有关。表12-1列出了

扫描电子显微镜主要信号的成像分辨率。

表12-1 各种信号成像的分辨率(单位为nm)

信号 二次电子 背散射电子 吸收电子 特征X射线 分辨率 5~10 50~200 100~1000 100~1000

俄歇电子 5~10

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