原子力显微镜工作原理(扫描电子显微镜)

一、扫描电子显微镜的工作原理

扫描电子显微镜的工作原理：

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。

当一束极细的高能入射电子轰击扫描样品表面时，被激发的区域将产生二次电子、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，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。同时可产生电子-空穴对、晶格振动（声子)、电子振荡（等离子体）。

扩展资料：

研发历程：

1873 Abbe和Helmholfz分别提出解像力与照射光的波长成反比。奠定了显微镜的理论基础。

1931德国物理学家Knoll及Ruska首先发展出穿透式电子显微镜原型机。

1938第一部扫描电子显微镜由Von Ardenne发展成功。

1959年第一台100KV电子显微镜 1975年第一台扫描电子显微镜DX3在中国科学院科学仪器厂（现北京中科科仪技术发展有限责任公司）研发成功。

参考资料来源：百度百科——扫描电子显微镜

二、扫描电镜与原子力显微镜

当分辨率在纳米和原子范围时，扫描电镜（SEM）和原子力电镜（AFM）是我们今天可以获得的最有效的两种显微技术，各有优劣。它们最根本的区别在于它们操作的环境不同。SEM需要在真空环境中进行，而AFM是在空气中或液体环境中操作。因此如果是要测定液体中细微颗粒的形态，AFM更为适合一些。通常AFM扫描含水的试样是把它和扫描探针放在液体中进行的，因为AFM不是以导电性为基础，所以图像和扫描模件在液体中都不会受干扰。

三、扫描电子显微镜有何特点和用途

一．扫描电镜的特点

能够直接观察样品表面的结构，样品的尺寸可大至120mm×80mm×50mm。

样品制备过程简单，不用切成薄片。

样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此，可以从各种角度对样品进行观察。

景深大，图象富有立体感。扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍。

图象的放大范围广，分辨率也比较高。可放大十几倍到几十万倍，它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围。分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间，可达3nm。

电子束对样品的损伤与污染程度较小。

在观察形貌的同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。

二．扫描电镜的用途

显微结构的分析

纳米尺寸的研究

铁电畴的观测

四、扫描电子显微镜原理

1、扫描电子显微镜是一种大型分析仪器,它广泛应用于观察各种固态物质的表面超微结构的形态和组成。

2、所谓扫描是指在图象上从左到右、从上到下依次对图象象元扫掠的工作过程。它与电视一样是由控制电子束偏转的电子系统来完成的,只是在结构和部件上稍有差异而已。

3、在电子扫描中,把电子束从左到右方向的扫描运动叫做行扫描或称作水平扫描,把电子束从上到下方向的扫描运动叫做帧扫描或称作垂直扫描。两者的扫描速度完全不同,行扫描的速度比帧扫描的速度快,对于1000条线的扫描图象来说,速度比为1000。

4、扫描电镜成像过程与电视成像过程有很多相似之处,而与透射电镜的成像原理完全不同。透射电镜是利用成像电磁透镜一次成像,而扫描电镜的成像则不需要成象透镜,其图象是按一定时间、空间顺序逐点形成并在镜体外显像管上显示。

5、二次电子成象是使用扫描电镜所获得的各种图象中应用最广泛,分辨本领最高的一种图象。我们以二次电子成象为例来说明扫描电镜成象的原理。

6、由电子枪发射的电子束最高可达30keV,经会聚透镜、物镜缩小和聚焦,在样品表面形成一个具有一定能量、强度、斑点直径的电子束。在扫描线圈的磁场作用下,入射电子束在样品表面上按照一定的空间和时间顺序做光栅式逐点扫描。由于入射电子与样品之间的相互作用,将从样品中激发出二次电子。由于二次电子收集极的作用,可将各个方向发射的二级电子汇集起来,再将加速极加速射到闪烁体上,转变成光信号,经过光导管到达光电倍增管,使光信号再转变成电信号。这个电信号又经视频放大器放大并将其输送至显像管的栅极,调制显像管的亮度。因而,再荧光屏上呈现一幅亮暗程度不同的、反映样品表面形貌的二次电子象。

7、在扫描电镜中,入射电子束在样品上的扫描和显像管中电子束在荧光屏上的扫描是用一个共同的扫描发生器控制的。这样就保证了入射电子束的扫描和显像管中电子束的扫描完全同步,保证了样品上的“物点”与荧光屏上的“象点”在时间和空间上一一对应,称其为“同步扫描”。一般扫描图象是由近100万个与物点一一对应的图象单元构成的,正因为如此,才使得扫描电镜除能显示一般的形貌外,还能将样品局部范围内的化学元素、光、电、磁等性质的差异以二维图象形式显示。