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熟悉电子在电镜中的的运动,轻松理解扫描电镜的工作原理

 发布时间:2019-05-23 点击量:255

Q:扫描电镜(SEM)的工作原理是什么?

 

电子 作为最早发现的基本粒子,是电量最小的单元,电量为 1.602189 × 10^-19 库仑,质量为 9.10956 × 10^-31 kg。自然界的原子都由一个带正电的原子核以及围绕它运动的若干电子组成。

 

电子的发射源

 

在 SEM 中,灯丝作为电子的发射源十分关键,传统的 W 灯丝以及飞纳电镜采用的 CeB6 灯丝都是通过热激发方式激发电子。

 

热激发是通过赋予电子更高的能量加热,使得电子具有超出逸出功的能力,逸出功越高,需要的工作温度也就越高。

 

W 灯丝的逸出功为 4.5 eV,CeB6 灯丝的逸出功为 2.6 eV。所以,W 灯丝的工作温度在 2800K,而 CeB6 只需要在 1800K,工作温度的不同同样会影响色差,W 灯丝色差为 2.5 eV,CeB6 色差仅为 1 eV。

 

灯丝电子发射原理决定了 CeB6 灯丝可以在更低的温度下产生比 W 灯丝更高的电流,意味着更高的亮度,更低的色差和更长的寿命。

 

 

电子在电场以及磁场中的运动

 

电子在磁场中会受到洛伦兹力的作用,从而改变运动的方向,在扫描电镜中主要体现在物镜(通电磁线圈产生的磁场会聚电子)以及扫描单元(通电磁线圈产生的磁场偏转电子)。

 

 

电子与样品相互作用

 

当入射电子与样品相互作用时,会激发出多种电子信号,包括背散射电子(BSE)、二次电子(SE)等。

 

背散射电子激发深度为 1-2μm,主要反映样品的成分以及晶向等信息,而二次电子激发深度一般 <10 nm,主要表征样品的表面形貌信息。

 

 

SED 成像,主要反映样品的表面形貌,在边缘等处信号量更高。

 

BSD 成像,主要反映样品的成分差异,原子序数较大的组分亮度更高。

 

Phenom 飞纳采用逸出功更低的单晶 CeB6 灯丝,可以在低温下使电子逸出,有效地降低色差,提升灯丝亮度,延长灯丝使用寿命,并通过电场以及磁场的控制实现电子的加速以及偏转,提供 BSD 和 SED 图像。

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