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熟悉電子在電鏡中的的運(yùn)動(dòng),輕松理解掃描電鏡的工作原理

 更新時(shí)間:2019-05-23 點(diǎn)擊量:4015

Q:掃描電鏡(SEM)的工作原理是什么?

 

電子 作為早發(fā)現(xiàn)的基本粒子,是電量小的單元,電量為 1.602189 × 10^-19 庫(kù)侖,質(zhì)量為 9.10956 × 10^-31 kg。自然界的原子都由一個(gè)帶正電的原子核以及圍繞它運(yùn)動(dòng)的若干電子組成。

 

電子的發(fā)射源

 

在 SEM 中,燈絲作為電子的發(fā)射源十分關(guān)鍵,傳統(tǒng)的 W 燈絲以及飛納電鏡采用的 CeB6 燈絲都是通過(guò)熱激發(fā)方式激發(fā)電子。

 

熱激發(fā)是通過(guò)賦予電子更高的能量加熱,使得電子具有超出逸出功的能力,逸出功越高,需要的工作溫度也就越高。

 

W 燈絲的逸出功為 4.5 eV,CeB6 燈絲的逸出功為 2.6 eV。所以,W 燈絲的工作溫度在 2800K,而 CeB6 只需要在 1800K,工作溫度的不同同樣會(huì)影響色差,W 燈絲色差為 2.5 eV,CeB6 色差僅為 1 eV。

 

燈絲電子發(fā)射原理決定了 CeB6 燈絲可以在更低的溫度下產(chǎn)生比 W 燈絲更高的電流,意味著更高的亮度,更低的色差和更長(zhǎng)的壽命。

 

 

電子在電場(chǎng)以及磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

 

電子在磁場(chǎng)中會(huì)受到洛倫茲力的作用,從而改變運(yùn)動(dòng)的方向,在掃描電鏡中主要體現(xiàn)在物鏡(通電磁線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)聚電子)以及掃描單元(通電磁線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)電子)。

 

 

電子與樣品相互作用

 

當(dāng)入射電子與樣品相互作用時(shí),會(huì)激發(fā)出多種電子信號(hào),包括背散射電子(BSE)、二次電子(SE)等。

 

背散射電子激發(fā)深度為 1-2μm,主要反映樣品的成分以及晶向等信息,而二次電子激發(fā)深度一般 <10 nm,主要表征樣品的表面形貌信息。

 

 

SED 成像,主要反映樣品的表面形貌,在邊緣等處信號(hào)量更高。

 

BSD 成像,主要反映樣品的成分差異,原子序數(shù)較大的組分亮度更高。

 

Phenom 飛納采用逸出功更低的單晶 CeB6 燈絲,可以在低溫下使電子逸出,有效地降低色差,提升燈絲亮度,延長(zhǎng)燈絲使用壽命,并通過(guò)電場(chǎng)以及磁場(chǎng)的控制實(shí)現(xiàn)電子的加速以及偏轉(zhuǎn),提供 BSD 和 SED 圖像。

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