扫描电子显微镜SEM（Scanning Electron Microscope）

       扫描电子显微镜是一种电子光学类仪器设备，其基本原理是利用聚焦电子束在样品表面进行逐行扫描，电子束与样品表面物质进行相互作用，产生俄歇电子、二次电子、背散射电子、特征x射线、连续谱X射线、透射电子，和吸收电流等信号，使用不同探测器将产生的信号收集起来，分别用二维图像和谱线的形式表示，就会得到相应信号的电子图像及谱图，从而开展样品的形貌分析、成分分析、晶体结构分析等应用研究。

SEM 主要构成

扫描电子显微镜由三大部分组成：真空系统，电子光学系统，电气控制系统。

SEM 基本参数

放大倍数：通常是指底片放大倍数，即在标准尺寸下，量得照片上的长度除以实际扫描的长度。

屏幕放大倍数：通过数码放大的方式，将照片进行虚拟放大，照片的实际长度就会比标准尺寸长度大很多，由此得到的放大倍数为屏幕放大倍数。盲目增大放大倍数，只能是虚拟放大，就像单反相机的实际放大倍数和虚拟放大倍数的差别。

分辨率：分辨率是扫描电镜性能判断的最基本指标。

根据几何光学，物体上的一个发光点经透镜成像后应得到一个几何像点。但由于光的波动性，一个物点经透镜后在象平面上得到的是一个以几何像点为中心的衍射斑，又称Airy斑。

“瑞利判据”：当一个Airy斑的边缘与另一个Airy斑的中心正好重合时，此时对应的两个物点刚好能被人眼或光学仪器所分辨，这个判据称为瑞利判据。

根据瑞利判据，两个光点逐步靠近时，对应的衍射斑也从分离趋于重合。当两个衍射斑的半高宽重叠， 则认为不可区分了。此时两个衍射斑之间的距离即为分辨率。

λ：入射光波长 ɑ：透镜孔径角 n : 透镜介质折射率

根据计算公式可以看出，电子显微镜的理论分辨率与入射光波长有直接关系，波长越小，分辨率越高。电子波长和加速电压成反比关系，电压越高，波长越短，同时分辨率就越高。

景深：透镜系统，对样品表面各个高低不平部位同时进行聚焦成像的一个能力范围。

WD相同，物镜光阑越小，景深越好；

物镜光阑相同，WD越大，景深越好；

WD相同、光阑相同，放大倍数越小，景深越好；

所以，高倍数下想要获得好的景深，用小的光阑，适当增加WD。

工作距离：图像聚焦清晰时，样品表面距物镜下极靴的距离，简称WD。

缩短工作距离，在一点程度上可以减小像差，达到提高图像质量的目的。

几种电子源

参数	钨灯丝	LaB6	冷场	热场
亮度（A/cm2·sr）	1E5	1E6	1E8-1E9	5E8
交叉斑 （μm）	20-40	7-15	0.01-0.02	0.02-0.04
工作温度（K）	2650-2750	1750-1850	300	1750-1800
逸出功（eV）	4.4-4.5	2.0-2.9	4.1	2.5-2.9
分辨率	3nm	2.5nm	<1nm	1nm
电流密度 A/cm2	1.3	25	50K	500
使用寿命(小时)	100左右	>500	10000	>10000

SEM应用

扫描电镜在基础科学研究、生产工艺控制、产品质量鉴定等方面得到十分广阔的应用，主要应用于国防、航天、生命科学、医学、生物学、地质勘探、病虫害的防治、灾害鉴定、刑事侦察等。

具体为：

新能源、新材料：电池正负极材料，复合材料、高分子材料、纳米材料等；

半导体：器件表面、断面分析，半导体材料，封装焊点分析，硅片检查、电路分析等；

生物领域：海藻、硅藻等动植物、微生物；

冶金矿业：煤炭，石油、稀土、金属等；

建筑行业：混凝土、耐火砖、水泥粉末等；

化工行业：染料、四钼酸铵、碳酸锰凝聚颗粒等；

陶瓷行业：陶瓷晶粒、氧化锆、过滤陶瓷等陶瓷行业；