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扫描电镜原理/扫描电子显微镜原理

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扫描电镜是用电子束作为激发源，利用电子束撞击样品的表面，产生各种讯号来进行影像观察丶成分分析等各种工作。当电子束撞击样品时会产生二次电子与背散电子，由於二次电子能量很低，只有50eV左右，因此只有样品表面约5~10nm范围所产生的讯号能够逃离样品表面，而被二次电子侦测器侦测到。因此二次电子讯号可以做为样品表面立体凹凸影像观察的来源。而电子束束班很小，可以到达奈米级别，因此扫描电子显微镜的解析度可以达到奈米级别以上。

扫描电镜的讯号源与侦测讯号，是电子丶二次电子丶被散电子等讯号。这电子讯号在传输的过程中不能有其他介质的干扰，所以扫描电子显微镜必须在真空环境下才能工作。扫描电子显微镜的主要组成单元包括：真空系统丶电子枪与电子光学系统丶样品仓丶防震与控制系统丶电脑丶工作台等。另外还可以搭配EDS能谱丶WDS波谱等配件，进行成分分析的定性与定量工作。下面以简单的图温说明来介绍扫描电子显微镜的原理与仪器构造。

扫描电镜的电子光学构造图

电子束与样品作用产生的讯号

上图扫描电子显微镜与光学显微镜的构造比较，扫描电镜是以电子作为讯号源，来观察电子撞击样品後所产生的电子讯号。因此主要构造包括讯号源丶电子光学系统丶电子侦测器丶样品台等几个主要结构。

当电子束击中样品时，根据讯号产生的深度分别为：俄歇电子丶二次电子 (5~10nm)丶背散射电子(50~200nm)丶透射电子。扫描电子显微镜的讯号来源为：二次电子与背散射电子。讯号产生深度越浅，成像分辨率越好。

二次电子与背散射电子

二次电子如何成像？

入射电子击中原子核外层的电子，将其击飞，被击飞的电子称为“二次电子”。入射电子击中原子核而被反弹出来，称为“背散电子”。二次电子能量很低，只有50eV，因此只有样品表面5~10nm深度范围所产生的讯号能被侦测。背散电子则为50~200nm。

样品表面倾斜角度越高，能产生越多二次电子讯号。利用二次电子讯号强度就能将样品表面的形貌精确成像。成像过程是逐点侦测，再由点构成线，由线构成面。经由点-线-面逐步扫描而成像，因此称为扫描电镜。

背散电子成像原理

扫描电镜仪器基本构造

影响背散电子强度与角度的主要因素有：样品原子序大小丶样品表面倾斜角丶样品晶体结晶取向等。因此，背散电子影像图所呈现的是综合所有影响因素所造成之复杂结果，而非单纯的立体结构形貌图。

扫描电镜仪器基本构造包括：电子光学系统丶样品舱丶防震与电子控制系统丶真空系统丶电脑丶工作台。

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