1. 工作原理

掃描電子顯微鏡以電子束為光源，以光柵式掃描方式將精細(xì)聚焦的電子束照射到樣品上。二次電子、背散射電子等。電子與樣品之間相互作用所產(chǎn)生的電子然后被收集和處理，以獲得顯微形貌的放大圖像

普通熱發(fā)射掃描電子顯微鏡相比，場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡具有更高的亮度和更小的電子束直徑，即更小的束斑尺寸和更高的分辨率。是納米尺度微區(qū)形貌分析的首選。

2. 文書組成

場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡由場(chǎng)發(fā)射電子槍、電子束推進(jìn)器、聚光透鏡（電磁透鏡）、孔徑、物鏡（電磁透鏡）、掃描線圈、極片和探測(cè)器組成。

1. 場(chǎng)發(fā)射電子槍

場(chǎng)發(fā)射電子槍分為冷場(chǎng)發(fā)射電子槍和熱場(chǎng)發(fā)射電子槍。冷場(chǎng)發(fā)射電子槍的電子束直徑最小，亮度最高，分辨率最高，但對(duì)真空度要求極高（10—10托），穩(wěn)定性差。它需要一個(gè)閃光（短時(shí)間加熱到2500K的尖端）恢復(fù)，由于穩(wěn)定性問(wèn)題，一些擴(kuò)展的分析功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。熱場(chǎng)發(fā)射電子槍的最大特點(diǎn)是束流大、穩(wěn)定性強(qiáng)，但分辨率差（電子能量色散大）

為了提高分辨率和保證電子束的穩(wěn)定性，采用肖特基場(chǎng)發(fā)射電子源在鎢單晶上鍍上一層氧化鋯涂層。氧化鋯將純鎢的功函數(shù)從4.5eV降低到4.5eV.2.8eV，并且高電場(chǎng)的應(yīng)用縮小并降低勢(shì)壘，使得電子很容易用熱能跳過(guò)勢(shì)壘（而不是隧道效應(yīng)）并從針尖表面逃逸。所需的真空度約為10—8～10—9托

肖特基場(chǎng)致發(fā)射電流穩(wěn)定性好，總電流大，分辨率大大提高（比冷場(chǎng)致發(fā)射稍差）。它的功能和發(fā)展遠(yuǎn)高于冷場(chǎng)發(fā)射。熱場(chǎng)發(fā)射目前已廣泛應(yīng)用于商業(yè)應(yīng)用中。基本上就是肖特基場(chǎng)發(fā)射。

2.電容器

等勢(shì)線與磁力線正交，通過(guò)透鏡間隙向兩端延伸，形成會(huì)聚場(chǎng)，相當(dāng)于一個(gè)“凸透鏡”。電子束通過(guò)中間時(shí)，受到強(qiáng)磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)和聚焦，使大直徑的電子束通過(guò)聚光鏡后會(huì)聚成小直徑的束斑。

3. 孔徑

按孔徑大小分為大孔徑光闌和小孔徑光闌。通過(guò)大口徑光闌的束流較大，可以增強(qiáng)X射線信號(hào)。通過(guò)小孔徑光闌的束流較小，可以減少電荷量，提高成像質(zhì)量。

4. 物鏡

物鏡位于鏡筒底部，用于將電子束聚焦在樣品上。通過(guò)聚焦旋鈕調(diào)節(jié)目標(biāo)電流，可以改變電子束的聚焦。

德國(guó)蔡司公司研制出一種復(fù)合磁/靜電物鏡，保證物鏡下沒(méi)有磁場(chǎng)泄漏。能夠獲得高純度的二次電子信號(hào)，這有助于提高分辨率。一方面，磁性材料可以在近距離和高分辨率下觀察到。另一方面，也有可能在大寫字段中實(shí)現(xiàn)無(wú)失真。

5.探測(cè)器

電子束轟擊樣品表面，相互作用產(chǎn)生二次電子、背散射電子等。電子的空間分辨率取決于加速度電壓和樣品密度。這些電子信號(hào)由不同的探測(cè)器采集并處理成圖像。下面介紹幾種常見(jiàn)的電子探測(cè)器：

1) 透鏡內(nèi)二次電子探測(cè)器（透鏡內(nèi)SE）

透鏡內(nèi)檢測(cè)器位于物鏡上方。通過(guò)控制物鏡中的電極板電壓來(lái)選擇進(jìn)入探測(cè)器的電子信息。低角度下的電子信息越多，圖像就越清晰。這些探頭適用于高分辨率表面形貌成像，即分析樣品細(xì)節(jié)。

2）Everhart-Thornley（ET）型二次電子探測(cè)器

ET二次電子探測(cè)器位于樣品室內(nèi)，由集電極柵、閃爍體、光導(dǎo)、光電倍增管和前置放大器組成。。收集柵收集的電子被加速，在閃爍體上形成光子。形成的光子通過(guò)光電倍增管和光管，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大器放大后輸出。這種類型的探針適用于觀察樣品的形態(tài)對(duì)比度，具有很強(qiáng)的立體感。充電影響小。良好的Z對(duì)比度。細(xì)節(jié)很容易受到信號(hào)擴(kuò)散和高倍下清晰度不足的影響

3）后向散射檢測(cè)器

背散射探測(cè)器是一種電子探測(cè)器，它可以氣動(dòng)地縮回。即使在低電壓下也能高效率地識(shí)別材料特性。它有五個(gè)獨(dú)立的二極管部分，一個(gè)內(nèi)部后方中心環(huán)，和四個(gè)外部象限。內(nèi)部段（S1）主要反映材料對(duì)比，而外部四個(gè)象限（S2至S5）更多地用于反映形式對(duì)比。。BSD探測(cè)器受電荷的影響較小，通常比二次電子圖像具有較低的分辨率。

審核編輯 黃宇