掃描電子顯微鏡入門知識
更新時間：2017-02-13 點擊量：3502
1. 光學(xué)顯微鏡以可見光為介質(zhì)，電子顯微鏡以電子束為介質(zhì)，由于電子束波長遠(yuǎn)較可見光小，故電子顯微鏡分辨率遠(yuǎn)比光學(xué)顯微鏡高。光學(xué)顯微鏡放大倍率zui高只有約 1500倍，掃描式顯微鏡可放大到10000倍以上。
2. 根據(jù)de Broglie波動理論，電子的波長僅與加速電壓有關(guān)：
λe=h / mv= h / (2qmV)1/2=12.2 / (V)1/2 (?)
在 10 KV 的加速電壓之下，電子的波長僅為0.12?，遠(yuǎn)低于可見光的4000 - 7000?， 所以電子顯微鏡分辨率自然比光學(xué)顯微鏡*許多，但是掃描式電子顯微鏡的電子束直徑大多在50-100?之間，電子與原子核的彈性散射 (Elastic Scattering) 與非彈 性散射 (Inelastic Scattering) 的反應(yīng)體積又會比原有的電子束直徑增大，因此一般穿透式電子顯微鏡的分辨率比掃描式電子顯微鏡高。
3. 掃描式顯微鏡有一重要特色是具有超大的景深(depth of field)，約為光學(xué)顯微 鏡的300倍，使得掃描式顯微鏡比光學(xué)顯微鏡更適合觀察表面起伏程度較大的樣品。
4. 掃描式電子顯微鏡，其系統(tǒng)設(shè)計由上而下，由電子槍 發(fā)射電子 束，經(jīng)過一組磁透鏡聚焦 (聚焦后，用遮蔽孔徑 選擇電子束的尺寸后，通過一組控制電子束的掃描線圈，再透過物鏡 聚焦，打在樣品上，在樣品的上側(cè)裝有訊號接收器，用以擇取二次電子或背向散射電子成像。
5. 電子槍的必要特性是亮度要高、電子能量散布 要小，目前常用的種類計有三種，鎢(W)燈絲、六硼化鑭(LaB6)燈絲、場發(fā)射 (Field Emission)，不同的燈絲在電子源大小、電流量、電流穩(wěn)定度及電子源壽命等均有差異。
6. 熱游離方式電子槍有鎢(W)燈絲及六硼化鑭(LaB6)燈絲兩種，它是利用高溫使電子具有足夠的能量去克服電子槍材料的功函數(shù)(work function)能障而逃離。對發(fā)射電流密度有重大影響的變量是溫度和功函數(shù)，但因操作電子槍時均希望能以zui低的溫度來操作，以減少材料的揮發(fā)，所以在操作溫度不提高的狀況下，就需采用低功函數(shù)的材料來提高發(fā)射電流密度。
7. 價錢*使用zui普遍的是鎢燈絲，以熱游離 (Thermionization) 式來發(fā)射電子,電子能量散布為 2 eV，鎢的功函數(shù)約為4.5eV，鎢燈絲系一直徑約100μm，彎曲成V形的細(xì)線，操作溫度約2700K，電流密度為1.7/cm2，在使用中燈絲的直徑隨著鎢絲的蒸發(fā)變小，使用壽命約為40~80小時。
8. 六硼化鑭(LaB6)燈絲的功函數(shù)為2.4eV，較鎢絲為低，因此同樣的電流密度，使用LaB6只要在1500K即可達(dá)到，而且亮度更高，因此使用壽命便比鎢絲高出許多，電子能量散布為 1 eV，比鎢絲要好。但因LaB6在加熱時活性很強(qiáng)，所以必須在較好的真空環(huán)境下操作，因此儀器的購置費用較高。
9. 場發(fā)射式電子槍則比鎢燈絲和六硼化鑭燈絲的亮度又分別高出 10 - 100 倍，同 時電子能量散布僅為 0.2 - 0.3 eV，所以目前市售的高分辨率掃描式電子顯微鏡都采用場發(fā)射式電子槍，其分辨率可高達(dá) 1nm 以下。
10. 場發(fā)射電子槍可細(xì)分成三種:冷場發(fā)射式,熱場發(fā)射式,及蕭基發(fā)射式
11. 當(dāng)在真空中的金屬表面受到108V/cm大小的電子加速電場時，會有可觀數(shù)量的電 子發(fā)射出來，此過程叫做場發(fā)射，其原理是高電場使電子的電位障礙產(chǎn)生Schottky效應(yīng)，亦即使能障寬度變窄，高度變低，因此電子可直接"穿隧"通過此狹窄能障并離開 陰極。場發(fā)射電子系從很尖銳的陰極所發(fā)射出來，因此可得極細(xì)而又具高電流密 度的電子束，其亮度可達(dá)熱游離電子槍的數(shù)百倍，或甚至千倍。
