元宵节快乐——带你走进神秘的扫描电子显微镜

扫描电子显微镜的基本构造

整个电子镜筒必须处于真空状态。像电子显微镜的所有组件一样，电子枪也被密封在特殊的真空室中以保护它不受污染、振动和噪音的影响。除了保护电子枪不受污染，真空环境有利于得到高分辨率的图像。若非真空环境，镜筒中可能存在其他原子和分子，它们与电子相互作用，使电子束发生偏转，从而降低图像质量。高真空环境也提高了镜筒内检测器对电子的收集效率。

与光学显微镜类似，透镜用来控制电子路径。因为电子无法穿过玻璃，所以必须使用电磁透镜。它们由线圈和金属极片构成。当电流通过线圈，就会产生磁场。由于电子对磁场非常敏感，因此只需调节所施加的电流大小就可以控制显微镜镜筒内的电子路径。

通常，电磁透镜有两种：聚光镜是电子向样品移动时遇到的第一个透镜。该透镜在电子束锥再次打开前使电子束会聚，并在撞击扫描样品之前由物镜再次会聚。聚光镜决定了电子束的大小(这决定了分辨率高低)，而物镜的主要作用是将电子束聚焦到样品上。

扫描电子显微镜的透镜系统还包含扫描线圈，用来对样品表面进行栅网式扫描。很多时候，会将光阑与透镜相结合来控制电子束的大小。

样品中电子的相互作用可以产生许多不同类型的电子、光子或辐射。就扫描电子显微镜而言，用于成像的两种电子是指背散射电子(BSE)和二次电子(SE)。

扫描电子显微镜的不同信号及其形成区域

FeO2颗粒的背散射电子像（左图）和二次电子像（右图）

许多显微镜都广泛应用电子-物质相互作用而产生的X射线检测来分析样品元素。任何材料都会产生具有特定能量的X射线；这种X射线就像材料的指纹。通过检测成分未知的样品发出的X射线能量，就有可能识别出样品中所包含的所有不同元素。

背散射电子和二次电子的探测器是不同的。检测背散射电子，需要将固态探测器与电子束同心放置在样品上方，以最大程度地收集到背散射电子。

检测二次电子，主要是用Eververt-Thornley探测器。它由包含在法拉第笼之中的闪烁体探测器构成，法拉第笼带正电并吸引二次电子。然后闪烁体探测器用于加速吸入的电子并将其转变为光子，这些光子进入光电倍增管进行放大。二次电子探测器以一定角度放置在样品仓的侧面，以提高二次电子的检测效率。收集到的二次电子用来形成样品的3D图像，显示在PC显示器。

钨颗粒的背散射电子图像