掃描電子顯微鏡的性能特點(diǎn)介紹

掃描電子顯微鏡類型多樣, 不同類型的掃描電子顯微鏡存在性能上的差異。根據(jù)電子槍種類可分為三種:場(chǎng)發(fā)射電子槍、鎢絲槍和六硼化鑭 [5]  。其中, 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡根據(jù)光源性能可分為冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡和熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡。冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)真空條件要求高, 束流不穩(wěn)定, 發(fā)射體使用壽命短, 需要定時(shí)對(duì)針尖進(jìn)行清洗, 僅局限于單一的圖像觀察, 應(yīng)用范圍有限;而熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡不僅連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng), 還能與多種附件搭配實(shí)現(xiàn)綜合分析。在地質(zhì)領(lǐng)域中, 我們不僅需要對(duì)樣品進(jìn)行初步形貌觀察, 還需要結(jié)合分析儀對(duì)樣品的其它性質(zhì)進(jìn)行分析, 所以熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡的應(yīng)用更為廣泛。

掃描電子顯微鏡 (scanning electron microscope, SEM) 是一種用于高分辨率微區(qū)形貌分析的大型精密儀器 。具有景深大、分辨率高, 成像直觀、立體感強(qiáng)、放大倍數(shù)范圍寬以及待測(cè)樣品可在三維空間內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和傾斜等特點(diǎn)。另外具有可測(cè)樣品種類豐富, 幾乎不損傷和污染原始樣品以及可同時(shí)獲得形貌、結(jié)構(gòu)、成分和結(jié)晶學(xué)信息等優(yōu)點(diǎn)。目前, 掃描電子顯微鏡已被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、司法、地球科學(xué)、材料學(xué)以及工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的微觀研究, 僅在地球科學(xué)方面就包括了結(jié)晶學(xué)、礦物學(xué)、礦床學(xué)、沉積學(xué)、地球化學(xué)、寶石學(xué)、微體古生物、天文地質(zhì)、油氣地質(zhì)、工程地質(zhì)和構(gòu)造地質(zhì)等。

掃描電鏡雖然是顯微鏡家族中的后起之秀, 但由于其本身具有許多優(yōu)點(diǎn), 發(fā)展速度是很快的。

1 儀器分辨率較高, 通過(guò)二次電子象能夠觀察試樣表面6nm左右的細(xì)節(jié), 采用LaB6電子槍, 可以進(jìn)一步提高到3nm。

2 儀器放大倍數(shù)變化范圍大, 且能連續(xù)可調(diào)。因此可以根據(jù)需要選擇大小不同的視場(chǎng)進(jìn)行觀察, 同時(shí)在高放大倍數(shù)下也可獲得一般透射電鏡較難達(dá)到的高亮度的清晰圖像。

3 觀察樣品的景深大, 視場(chǎng)大, 圖像富有立體感, 可直接觀察起伏較大的粗糙表面和試樣凹凸不平的金屬斷口象等, 使人具有親臨微觀世界現(xiàn)場(chǎng)之感。

4 樣品制備簡(jiǎn)單, 只要將塊狀或粉末狀的樣品稍加處理或不處理, 就可直接放到掃描電鏡中進(jìn)行觀察, 因而更接近于物質(zhì)的自然狀態(tài)。

5可以通過(guò)電子學(xué)方法有效地控制和改善圖像質(zhì)量, 如亮度及反差自動(dòng)保持, 試樣傾斜角度校正, 圖象旋轉(zhuǎn), 或通過(guò)Y調(diào)制改善圖象反差的寬容度, 以及圖象各部分亮暗適中 。采用雙放大倍數(shù)裝置或圖象選擇器, 可在熒光屏上同時(shí)觀察放大倍數(shù)不同的圖象。

6 可進(jìn)行綜合分析。裝上波長(zhǎng)色散X射線譜儀(WDX) 或能量色散X射線譜儀 (EDX) , 使具有電子探針的功能, 也能檢測(cè)樣品發(fā)出的反射電子、X射線、陰極熒光、透射電子、俄歇電子等。把掃描電鏡擴(kuò)大應(yīng)用到各種顯微的和微區(qū)的分析方式, 顯示出了掃描電鏡的多功能。另外, 還可以在觀察形貌圖象的同時(shí), 對(duì)樣品任選微區(qū)進(jìn)行分析;裝上半導(dǎo)體試樣座附件, 通過(guò)電動(dòng)勢(shì)象放大器可以直接觀察晶體管或集成電路中的PN結(jié)和微觀缺陷。由于不少掃描電鏡電子探針實(shí)現(xiàn)了電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)和半自動(dòng)控制, 因而大大提高了定量分析的速度。