扫描电子显微镜的性能特点介绍

扫描电子显微镜类型多样, 不同类型的扫描电子显微镜存在性能上的差异。根据电子枪种类可分为三种:场发射电子枪、钨丝枪和六硼化镧 [5]  。其中, 场发射扫描电子显微镜根据光源性能可分为冷场发射扫描电子显微镜和热场发射扫描电子显微镜。冷场发射扫描电子显微镜对真空条件要求高, 束流不稳定, 发射体使用寿命短, 需要定时对针尖进行清洗, 仅局限于单一的图像观察, 应用范围有限;而热场发射扫描电子显微镜不仅连续工作时间长, 还能与多种附件搭配实现综合分析。在地质领域中, 我们不仅需要对样品进行初步形貌观察, 还需要结合分析仪对样品的其它性质进行分析, 所以热场发射扫描电子显微镜的应用更为广泛。

扫描电子显微镜 (scanning electron microscope, SEM) 是一种用于高分辨率微区形貌分析的大型精密仪器 。具有景深大、分辨率高, 成像直观、立体感强、放大倍数范围宽以及待测样品可在三维空间内进行旋转和倾斜等特点。另外具有可测样品种类丰富, 几乎不损伤和污染原始样品以及可同时获得形貌、结构、成分和结晶学信息等优点。目前, 扫描电子显微镜已被广泛应用于生命科学、物理学、化学、司法、地球科学、材料学以及工业生产等领域的微观研究, 仅在地球科学方面就包括了结晶学、矿物学、矿床学、沉积学、地球化学、宝石学、微体古生物、天文地质、油气地质、工程地质和构造地质等。

扫描电镜虽然是显微镜家族中的后起之秀, 但由于其本身具有许多优点, 发展速度是很快的。

1 仪器分辨率较高, 通过二次电子象能够观察试样表面6nm左右的细节, 采用LaB6电子枪, 可以进一步提高到3nm。

2 仪器放大倍数变化范围大, 且能连续可调。因此可以根据需要选择大小不同的视场进行观察, 同时在高放大倍数下也可获得一般透射电镜较难达到的高亮度的清晰图像。

3 观察样品的景深大, 视场大, 图像富有立体感, 可直接观察起伏较大的粗糙表面和试样凹凸不平的金属断口象等, 使人具有亲临微观世界现场之感。

4 样品制备简单, 只要将块状或粉末状的样品稍加处理或不处理, 就可直接放到扫描电镜中进行观察, 因而更接近于物质的自然状态。

5可以通过电子学方法有效地控制和改善图像质量, 如亮度及反差自动保持, 试样倾斜角度校正, 图象旋转, 或通过Y调制改善图象反差的宽容度, 以及图象各部分亮暗适中。采用双放大倍数装置或图象选择器, 可在荧光屏上同时观察放大倍数不同的图象。

6 可进行综合分析。装上波长色散X射线谱仪(WDX) 或能量色散X射线谱仪 (EDX) , 使具有电子探针的功能, 也能检测样品发出的反射电子、X射线、阴极荧光、透射电子、俄歇电子等。把扫描电镜扩大应用到各种显微的和微区的分析方式, 显示出了扫描电镜的多功能。另外, 还可以在观察形貌图象的同时, 对样品任选微区进行分析;装上半导体试样座附件, 通过电动势象放大器可以直接观察晶体管或集成电路中的PN结和微观缺陷。由于不少扫描电镜电子探针实现了电子计算机自动和半自动控制, 因而大大提高了定量分析的速度。