掃描電鏡的工作原理主要基于電子與物質(zhì)的相互作用。以下是SEM掃描電鏡的詳細(xì)工作原理：

一、基本原理

掃描電鏡利用聚焦電子束在試樣表面逐點(diǎn)掃描成像。試樣可以是塊狀或粉末顆粒，成像信號(hào)主要包括二次電子、背散射電子或吸收電子等，其中二次電子是*主要的成像信號(hào)。SEM掃描電鏡的工作原理與閉路電視系統(tǒng)相似，逐點(diǎn)逐行掃描，通過(guò)收集和處理這些信號(hào)來(lái)形成反映樣品表面特征的圖像。

二、詳細(xì)工作流程

電子束的產(chǎn)生與聚焦：

由三極電子槍發(fā)射出來(lái)的電子束，在加速電壓作用下，經(jīng)過(guò)2～3個(gè)電子透鏡聚焦后，形成具有一定能量、束流強(qiáng)度和束斑直徑的微細(xì)電子束。

這些電子束被掃描線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)，在樣品表面按一定時(shí)間和空間順序進(jìn)行柵網(wǎng)式掃描。

電子束與樣品的相互作用：

當(dāng)電子束轟擊樣品表面時(shí)，會(huì)與樣品中的原子發(fā)生相互作用，激發(fā)出各種物理信號(hào)，如二次電子、背散射電子、吸收電子、俄歇電子、陰極熒光和特征X射線(xiàn)等。

二次電子是入射電子所激發(fā)的樣品原子外層電子，能量較低，僅在樣品表面附近幾個(gè)納米深度以?xún)?nèi)才有電子從表面逃逸。因此，它對(duì)試樣表面的狀態(tài)非常敏感，主要用于掃描電鏡下試樣表面形貌的觀察。

信號(hào)的收集與處理：

這些由電子束與樣品相互作用產(chǎn)生的信號(hào)被相應(yīng)的收集器接受，經(jīng)過(guò)放大器按順序、成比例地放大后，送到顯像管的柵極上。

顯像管的電子束強(qiáng)度被這些信號(hào)調(diào)制，即顯像管熒光屏上的亮度變化反映了樣品表面的信息。

圖像的形成與顯示：

由于供給電子光學(xué)系統(tǒng)使電子束偏向的掃描線(xiàn)圈的電源也是供給陰極射線(xiàn)顯像管的掃描線(xiàn)圈的電源，此電源發(fā)出的鋸齒波信號(hào)同時(shí)控制兩束電子束作同步掃描。

因此，樣品上電子束的位置與顯像管熒光屏上電子束的位置是一一對(duì)應(yīng)的。在熒光屏上就形成一幅與樣品表面特征相對(duì)應(yīng)的畫(huà)面，如二次電子像、背散射電子像等。畫(huà)面上亮度的疏密程度表示該信息的強(qiáng)弱分布。

三、系統(tǒng)組成

SEM掃描電鏡主要由以下幾個(gè)系統(tǒng)組成：

電子光學(xué)系統(tǒng)：包括電子槍、聚光鏡、物鏡和掃描線(xiàn)圈等，負(fù)責(zé)產(chǎn)生和聚焦電子束，并在樣品表面進(jìn)行掃描。

信號(hào)收集處理系統(tǒng)：負(fù)責(zé)收集由電子束與樣品相互作用產(chǎn)生的各種信號(hào)，并進(jìn)行處理以轉(zhuǎn)換為圖像信息。

圖像顯示和記錄系統(tǒng)：將處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為圖像信息，通過(guò)顯示設(shè)備顯示出來(lái)，并可以通過(guò)記錄設(shè)備進(jìn)行保存。

真空系統(tǒng)：維持鏡筒內(nèi)的高真空度，以避免電子束與空氣中的分子發(fā)生碰撞，影響成像質(zhì)量。

電源及控制系統(tǒng)：為掃描電鏡的各個(gè)部分提供所需的電源，并控制其運(yùn)行。

綜上所述，SEM掃描電鏡通過(guò)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和精密的工作原理，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)樣品表面的高分辨率成像和組成分析，為材料科學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域的研究提供了有力的工具。