【FAQ】哪位大侠,可以讲一下电子显微镜的原理?

我也很想知道

波长短的电磁波打在样品（很薄很薄）上，透射后的波经过电磁场形成的“透镜”放大成相即成，倍数大一点而已。

电子显微镜按成象原理不同有透射电子显微镜和扫描电子显微镜两类。

透射电镜成象原理与透射式光学显微镜完全相同，只不过是将可见光照明换成电子束照明，将玻璃透镜换成电磁透镜，将成象的毛玻璃换成荧光屏。由于成象透镜总是对通过它的光波有衍射效应（相当于小孔衍射），衍射效应会使象变得模糊，影响透镜的分辨率。可以计算照明源的波长越短，衍射效应的影响越小。电镜中使用的电子波的波长只是可见光的十万分之一，这样电镜的分辨率大大提高了。

扫描电镜成象就完全不同了，它是利用细聚焦高能电子束在样品表面扫描激发出各种物理信号，如二次电子、背反射电子等。通过相应的检测器来检测这些信号，再将其转换为视频信号来调制显像管的亮度。由于信号的强度与样品表面的形貌、成分有对应关系，那么逐点在样品上扫描一个面积，在显像管上就相应获得该面积样品表面的形貌或成分的一副图象。扫描的面积越小，放大倍数就越高。

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由三极电子枪所发射出来的电子束(一般直径约50um)，在加速电压的作用下(2—30kV之间)，经过三个电磁透镜(或两个电磁透镜)，会聚成一个细小到5nm的电子束，在末级透镜上部扫描线圈的作用下，使电子探针在试样表面做光栅状扫描(光栅线条的数目取决于行扫描和帧扫描速度)。由于高能电子与物质的相互作用，结果在试样上产生各种信息如二次电子、背反射电子、俄歇电子、X射线、阴极发光、吸收电子和透射电子等。因为从试样中所得到各种信息的强度和分布各自同试样的表面形貌、成分、晶体取向、以及表面状态的一些物理性质(如电性质、磁性质等)等因素有关，因此，通过接收和处理这些信息就可以获得表征试样形貌的扫描电子像，或进行晶体学分析和成分分析。
为了获得扫描电子像，通常是用探测器把来自试样表面的信息接收再经过信号处理系统和放大系统变成信号电压，最后输送到显像管的栅极，用来调制显像管的亮度。因为在显像管中的电子束和在镜筒中的电子束是同步扫描的，其亮度是由试样所发回的信息的强度来调制，因而可以得到一个反映试样表面状况的扫描电子像。
在上述各种类型图像中，以二次电子像，背反射电子像用途最广，这就是通常所称的扫描电镜。

扫描电镜的基本结构
扫描电镜大体上由三大系统组成：即电子光学系统、信息接收显示系统和真空系统。这和透射电镜类似，但有两个独特的部件——扫描系统和信号接收系统。
扫描系统可以使电子束作光栅扫描运动。由于加到显像管偏转线圈上的锯齿波信号与加到扫描线路上的锯齿波信号是由同一个信号发生器产生的。即镜筒内电子束的偏转与荧光屏上光点的偏转完全一致，也就是严格“同步”。 荧光屏的尺寸是固定的，因此加到显像管上的偏转信号强度不变，而加到扫描线圈上的信号强度通过一个衰减网络而可改变，使其对电子束的偏转幅度产生变化，因而也就使总的放大倍率发生改变，这样可以很方便地连续放大或缩小。扫描电镜的放大倍率在20－30万倍之间迅速改变。
 扫描电镜的信号接收系统称为检测器。透射电镜是电子直接成像，扫描电镜则要配以不同的检测器，以得到样品的不同信息。如最常用的二次电子检测器为闪烁体－光导管—光电倍增管系统。这种检测器灵敏度高，信噪比大，信号转换效率高。

SEM的性能特点：
1.能直接观察大尺寸试样的原始表面。其能够直接观察尺寸可大到直径为100mm，高50mm，或更大尺寸的试样，对试样的形状没有任何限制，粗糙表面也能观察，这便免除了制备样品的麻烦，而且能真实观察试样本身物质成分不同的衬度。
2.    试样在样品室中可动的自由度非常大。其它方式显微镜的工作距离通常只有2—3mm，故实际上只允许试样在两度空间内运动。但在扫描电子显微镜中则不同，由于工作距离大(可大于15mm)，焦深大(比透射电子显微镜大10倍)，样品室的空间也大，因此，允许试样在三度空间内有6个自由度运动(即三度空间平移和三度空间旋转)，且可动范围大，这对观察不规则形状试样的各个区域细节带来无比的方便。
3.  观察试样的视场大。在扫描电子显微镜中，能同时观察试样的视场范围由显像管大小决定。例如采用30cm(12英寸)的显象管，放大倍数为10倍时，其视场范围可达30mm。
4. 焦深大，图像富立体感。扫描电子显微镜的焦深比透射电子显微镜大10倍，比光学显微镜大几百倍。由于图象景深大，故所得扫描电子象富有立体感，并很容易获得一对同样清晰聚焦的立体对照片，进行立体观察和立体分行。
5. 放大倍数的可变范围很宽，且不用经常对焦。扫描电子显微镜的放大倍数范围很宽(从5倍到20万倍连续可调)，基本包括了从金相显微镜到透射电子显微镜的放大倍数范围，且一次聚焦好后即可从低倍到高倍，或高倍到低倍连续观察，不用重新聚焦，这对进行事故分析特别方便。

6.     在观察厚块试样中，它能得到高的分辨率和最真实形貌。扫描电子显微镜的分辨率是介于光学显微镜和透射电子显微镜之间。但就对厚块试样的观察进行比较时，因为在透射电子显微镜小要采用复膜方法，而复型的分辨率通常只能达10nm，且观察并不是试样本身。因此用扫描电子显微镜观察厚块试样更有利，更能得到真实的试样表面资料。
7.      因电子照射而发生试样的损伤和污染程度很小。同其它方式的电子显微镜比较，因为观察时所用的电子探针电流小(一般约为10-10－10-12A)，电子探针的束斑尺寸小(通常是5nm到几十纳米)，电子探针的能量也比较小(加速电压可以小到2kV)，而且不是固定一点照射试样，而是以光栅状扫描方式照射试样，因此，由于电子照射而发生试样的损伤和污染程度很小，这点对观察一些生物试样特别重要。

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