1.  概述

人眼的分辨率的极限为0.2mm，这时候如果想要观察更小的物体，就需要借用光学显微镜。正常的光学显微镜的放大极限为1000倍，但放大倍率越高就能看得越清晰吗？其实不是，当放大倍率达到一定数值时，看到的不是两个分离点，而是两个相互重叠的弥散圆。扫描电镜利用电磁透镜聚焦成像，其波长为可见光的十万分之一，利用电子束作为照明源，能够大大提高分辨率，常见的扫描电镜如图1所示。

图1 扫描电镜外观 

2.   扫描电镜工作原理

扫描电镜是利用电子束代替可见光作为探针，利用电磁透镜代替光学透镜聚集和控制电子束，聚集电子束在样品上扫描，激发某种物理信号来调制一个同步扫描的显像管在相应位置的亮度而成像。SEM的电子枪发出的电子束经过栅极静电聚焦成点光源，然后在加速电压的作用下经过光学电子系统汇聚成直径几纳米的电子束聚焦到样品的表面，在末级透镜上扫描线圈的作用下，电子束在样品的表面扫描。由于高能电子束与试样物质发生相互作用产生各种信号，如二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线、俄歇电子等，经接收器、放大器输送到显像管的栅极上调制显像管的亮度。由于样品表面的形貌及元素组成不同，在电子束的轰击下能发出强度不等的信号，通过解析便能得到样品表面的形貌不同元素的分布情况，比较常用的二次电子和背散射电子的激发过程如图2所示。

图2 二次电子和背散射电子的激发过程

3.   扫描电镜结构

如图3所示，扫描电子显微镜是由电子光学系统，信号收集处理及显示系统，真空系统三个基本部分组成。

其中电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。扫描电子显微镜中的各个电磁透镜不做成相透镜用，而是起到将电子束逐级缩小的聚光作用。一般有三个聚光镜，前两个是强磁透镜，可把电子束缩小；第三个透镜是弱磁透镜，具有较长的焦距以便使样品和透镜之间留有一定的空间，装入各种信号接收器。扫描电子显微镜中射到样品上的电子束直径越小，就相当于成相单元的尺寸越小，相应的放大倍数就越高。信号收集及显示系统主要是检测样品在入射电子作用下产生的物理信号，然后经视频放大作为显像系统的调制信号，大致可分为：电子检测器、阴极荧光检测器和X射线检测器三类。真空系统保证整个电子光学系统都要保持在起高真空条件下进行工作。

图3 扫描电镜结构

4.   扫描电镜的优点

扫描电镜是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，扫描电镜的优点是，①有较高的放大倍数，可达到30万倍；②有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；③试样制备简单。如图4所示，大多数物质的显微结构都能通过扫描电镜进行显示。目前的扫描电镜都配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析，因此它像透射电镜一样是当今十分有用的科学研究仪器。

图4不同物质的显微结构图