探究掃描電鏡

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1、探究掃描電鏡%1.掃描電鏡的發(fā)展背景電子顯微鏡技術(shù)是顯微技術(shù)的一個重要分支，是一門現(xiàn)代化的顯微技術(shù)。顯微技術(shù)的核心是顯示肉眼所不能直接看到的物質(zhì)的手段問題，準(zhǔn)確地說是顯微儀器。光學(xué)顯微儀器種類較多，如牛物顯微鏡、體視顯微鏡、倒置顯微鏡、偏光顯微鏡等等。借助這些儀器我們能直接看到各種細(xì)菌、動植物的細(xì)胞及英內(nèi)部更細(xì)微的結(jié)構(gòu)。光學(xué)顯微鏡的分辨率最高只能達(dá)到200nm,有效放大倍率為1000-2000倍。如果研究比200nm更小的結(jié)構(gòu),如物質(zhì)的分子、原子等。光學(xué)顯微鏡便無能為力了。于是，科學(xué)家就發(fā)明了電了顯微鏡，簡稱電鏡(electronmicroscopy,EM),它是利用電了束對樣甜放大成

2、像的一種顯微鏡，包括掃描電鏡(scanningelectronmicroscope,SEM)和透射電鏡(transmissionelectronmicroscope/TEM)兩大類型，英分辨率最高達(dá)到O.Olnm,放大倍率達(dá)80萬?100萬。借助這種電鏡我們能直接看到物質(zhì)的超微結(jié)構(gòu)。二、掃描電鏡的工作原理和結(jié)構(gòu)1、工作原理掃描電鏡的工作原理如下圖所示。由電子槍發(fā)射岀來的電子?xùn)c在加速電壓的作用下經(jīng)過磁透鏡系統(tǒng)會聚，形成直徑為5nm的電子束，聚焦在樣品表面，在第二聚光鏡和物鏡Z間的偏轉(zhuǎn)線圈的作用下，電子束在樣品上做光柵狀掃描，電子和樣品相互作用，產(chǎn)牛信號電子。這些信號電子經(jīng)探測器收集并轉(zhuǎn)換

3、為光子，再通過電信號放人器加以放大處理，最終成像在顯示系統(tǒng)上。掃描電鏡的工作原理與光學(xué)顯微鏡或透射電鏡不同：在光學(xué)顯微鏡和透射電鏡下，全部圖像一次顯出，是“靜態(tài)”的；而掃描電鏡則是把來自而二次電子的圖像信號作為時像信號，將一點一點的畫血“動態(tài)”地形成三維的圖像。2、主耍結(jié)構(gòu)掃描電鏡可分為五個主要組成部分：電子束會聚系統(tǒng)、樣品室、真空系統(tǒng)、電子學(xué)系統(tǒng)和顯示部分。（1）電子束會聚系統(tǒng)此系統(tǒng)由3部分組成，即電子槍、磁透鏡、掃描線圈等電子槍采用發(fā)夾式熱發(fā)射鉤絲柵極電子槍，所用的加速電壓一般0.5-30kVo磁透鏡（聚光鏡）電子射線在磁場的作用下會改變前進(jìn)的方向。當(dāng)電子射線通過空心的強力電磁圈時

4、，就像光線通過玻璃的透鏡那樣，會發(fā)生折射而聚焦。由于三極電子槍所射出來的電子束直徑一般為30-50um左右，而最終要求電子束直徑成為l-5nm的電子探針，因此需要兩個或三個磁透鏡組成,即雙聚光鏡和物鏡（末透鏡）。這三個透鏡都有光柵，可擋掉一部分無用的電子，尤其是物鏡光闌要盡量地小，以減少像差。同時，磁透鏡有像散存在，故要安裝消像散器。掃描線圈通常由兩個偏轉(zhuǎn)線圈組成。在掃描發(fā)生器的作用下，電子束在樣品表面做光柵狀掃描。（2）樣品室樣品室是固定樣品以及電子束和樣品相互作用產(chǎn)生各種信號電子的場所。樣品用導(dǎo)電膠或雙面膠固定在銅上，經(jīng)過噴鍍，裝入樣品座，把這個樣品座放在和微動裝置連在一起的樣品架

5、上。樣品微動裝置能在X、Y軸做10-30mm的上下左右移動，能在T軸做00~900的傾斜，能在R軸做360度的水平選轉(zhuǎn)還能在Z軸做6-48mm左右的升降。為了使電子探針系統(tǒng)和樣品室的這些結(jié)構(gòu)保持真空狀態(tài)，避免外部磁場的影響和保持外觀整齊，以上各部分被裝入適當(dāng)?shù)耐馓字?，用密封圈（橡膠墊圈）組裝在一起。（3）真空系統(tǒng)掃描電鏡的鏡體和樣品室內(nèi)部都需要保持1.33E-2-1.33E-4Pa的真空度,因此必須用機械泵和擴散泵進(jìn)行抽真空。真空系統(tǒng)還有水壓、停電和真空自動保護裝置，置換樣甜和燈絲時有氣鎖裝置。（4）電子學(xué)系統(tǒng)電源系統(tǒng)掃描電鏡的電源系統(tǒng)包括啟動鏡體的各種電源（高壓、透鏡系統(tǒng)、掃描線圈

6、、合軸線圈、消像散用的電源等），檢測?放大系統(tǒng)電源，光電倍增管電源，真空系統(tǒng)和圖像信號處理線路電源，觀察用的顯像管以及照相電源等。信號電子成像系統(tǒng)此系統(tǒng)把電子探針和樣品相互作用產(chǎn)生的信號電子進(jìn)行收集、放大、處理，最后在顯像管上顯示圖像。掃描電鏡可以接受從樣品上發(fā)出的多種信號電子來成像，不同的信號電子要用不同的探測器。在高真空的工作狀態(tài)下，以二次電子信號的圖像質(zhì)量最好。二次電子的探測器為二次電子探頭，是掃描電鏡最重要的部件之一。二次電子探頭由柵極、聚焦環(huán)、閃爍晶體、光導(dǎo)管和光電倍增管等組成。(5)顯示部分顯像管把電子透鏡像普通顯像鏡里的物鏡和目鏡那樣組合起來，把物體放大到幾萬、幾十萬倍。

7、由于人眼看不見電子射線，必須在熒光屏上顯示放大的圖像，即將信號放大器獲得的輸出調(diào)制信號通過顯像管轉(zhuǎn)換成圖像。照相機將顯像管顯示的圖像、編號、放大倍率、標(biāo)尺長度和加速電壓拍攝到底片上。隨著科學(xué)水平的不斷發(fā)展，20世紀(jì)80年代開始就己研制用計算機代替照相機的功能，直接將圖像及設(shè)置的參數(shù)打印出來或存儲于軟盤。三、掃描電鏡的成像原理和成像過程1、成像原理在收集電場的作用下，從試樣表面所發(fā)出的電子信息通過閃爍晶體后轉(zhuǎn)換為光子，光子通過光導(dǎo)管進(jìn)入光電倍增管