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1、第三节 扫描电子显微镜工作原理及构造,一、工作原理 图10-1 扫描电子显微镜原理示意图,二、构造与主要性能,扫描电子显微镜由电子光学系统(镜筒)、偏转系统、信号检测放大系统、图像显示和记录系统、电源系统和真空系统等部分组成,1电子光学系统,由电子抢、电磁聚光镜、光栏、样品室等部件组成。作用：获得扫描电子束，作为使样品产生各种物理信号的激发源。,图10-2 电子光学系统示意图,几种类型电子枪性能比较,2偏转系统,作用：使电子束产生横向偏转，包括用于形成光栅状扫描的扫描系统，以及使样品上的电子束间断性消隐或截断的偏转系统。偏转系统可以采用横向静电场，也可采用横向磁场。,3信号检测放大系统,作用：
2、收集(探测)样品在入射电子束作用下产生的各种物理信号，并进行放大。不同的物理信号，要用不同类型的收集系统。闪烁计数器是最常用的一种信号检测器，它由闪烁体、光导管、光电倍增管组成。具有低噪声、宽频带(10Hz1MHz)、高增益(106)等特点，可用来检测二次电子、背散射电子等信号。,4图像显示和记录系统,作用：将信号检测放大系统输出的调制信号转换为能显示在阴极射线管荧光屏上的图像，供观察或记录。,5电源系统,作用：为扫描电子显做镜各部分提供所需的电源。由稳压、稳流及相应的安全保护电路组成,6真空系统,作用：确保电子光学系统正常工作、防止样品污染、保证灯丝的工作寿命等。 SEM的主要性能（1）放大
3、倍数 可从20倍到20万倍连续调节。 （2）分辨率 影响SEM图像分辨率的主要因素有：,扫描电子束斑直径 ； 入射电子束在样品中的扩展效应； 操作方式及其所用的调制信号； 信号噪音比； 杂散磁场； 机械振动将引起束斑漂流等，使分辨率下降。 （3）景深SEM（二次电子像）的景深比光学显微镜的大，成像富有立体感。,SEM的主要性能,扫描电子显微镜景深,三、像衬原理与应用,一、像衬原理 像的衬度就是像的各部分(即各像元)强度相对于其平均强度的变化。 SEM可以通过样品上方的电子检测器检测到具有不同能量的信号电子有背散射电子、二次电子、吸收电子、俄歇电子等。,1二次电子像衬度及特点,二次电子信号主要来
4、自样品表层510nm深度范围，能量较低(小于50eV)。影响二次电子产额的因素主要有： (1)二次电子能谱特性；(2)入射电子的能量；(3)材料的原子序数；(4)样品倾斜角。,二次电子像的衬度可以分为以下几类：,(1)形貌衬度 (2)成分衬度 (3)电压衬度 (4)磁衬度(第一类) 右图为形貌衬度原理,二次电子像衬度的特点：,（1）分辨率高（2）景深大，立体感强（3）主要反应形貌衬度。 什么是最小衬度？,ZnO,水泥浆体断口,2背散射电子像衬度及特点,影响背散射电子产额的 因素有： (1)原子序数Z (2)入射电子能量E0 (3)样品倾斜角 图10-6 背散射系数与原子序数的关系,背散射电子衬
5、度有以下几类：,(1)成分衬度 (2)形貌衬度 (3)磁衬度(第二类),背散射电子像的衬度特点：,（1）分辩率低（2）背散射电子检测效率低，衬度小（3）主要反应原子序数衬度,二次电子运动轨迹背散射电子运动轨迹图10-7 二次电子和背散射电子的运动轨迹,应用,1断口形貌观察 2显微组织观察 3其它应用（背散射电子衍射花样、电子通道花样等用于晶体学取向测定）,四、扫描电镜标本制备,充分暴露表面， 加以固定使之保持完好临界点干燥导电处理,1 暴露表面与固定,目的充分暴露表面， 加以固定使之保持完好组织或器官的自然表面（如器管或肠腔的自然表面） 酶消化，低频超声振动，生理盐水喷射冲洗清除表面附着的粘液
6、或富于蛋白质的液体细胞内部结构 冷冻断裂，蚀刻暴露结构,戊二醛（GA）与四氧化锇两步固定(1)1-3%GA1-2h(2) dd水冲洗(3)1%四氧化锇1h(4)dd水冲洗暴露表面可在固定过程或固定后清洗过程中完成,1 暴露表面与固定,2 干燥（临界点法）,必要性在空气中自然干燥 表面张力破坏表面微细结构（水，乙醇，丙酮）临界点干燥 临界状态,临界状态,临界条件,水：T=375C, P=218atm （错误)CO2(L)：T=31.4C, P=72.9atm （正确）,置换：醋酸异戊酯置换乙醇，0.5h,脱水：,临界点干燥：,3 导电处理,目的将射入的电子导走，将热量导走, 同时增加二次电子产率,在标本与金属底座之间形成连续的金属膜，金属底座与仪器外壳连接，接地,导电胶：石墨乳胶，掺银粉或铝粉的火棉胶金属（膜）：Au, Au-Pd, Pt, Pt-C,真空喷镀仪,离子镀膜仪,镀膜厚度,
