По сравнению с традиционными крупногабаритными сканирующими электронными микроскопами настольный сканирующий электронный микроскоп обладает такими преимуществами, как компактные размеры, простота эксплуатации, невысокая стоимость и высокая скорость вакуумирования. Разрешение настольного СЭМ позволяет удовлетворить потребности микроскопического наблюдения для большинства материалов. Этот тип микроскопов заполняет пробел в разрешении между оптическими микроскопами и традиционными крупногабаритными СЭМ, что делает его широко применимым в таких областях, как материаловедение, наночастицы, биомедицина, пищевая и фармацевтическая промышленность, текстильные волокна, геологические исследования и многих других. Далее редакция компании «Цзэюй» подробно расскажет о конструкции и принципе работы сканирующего электронного микроскопа.

Сканирующий электронный микроскоп — это крупногабаритный прибор, предназначенный для исследования поверхностной морфологии образцов. Когда пучок падающих электронов определённой энергии бомбардирует поверхность образца, электроны вступают в упругие и неупругие столкновения с ядрами атомов и внешними электронами. Часть электронов отражается от поверхности образца, тогда как остальные проникают внутрь, постепенно теряя кинетическую энергию и, наконец, останавливаясь и поглощаясь материалом. В ходе этого процесса более 99 % энергии падающих электронов преобразуется в тепловую энергию образца, тогда как примерно 1 % энергии инициирует различные сигналы, характерные для исследуемого материала. Как показано на рис. 1, к таким сигналам относятся прежде всего вторичные электроны, обратно рассеянные электроны, поглощённые электроны, прошедшие электроны, электроны Оже, электронная ЭДС, катодное свечение, рентгеновское излучение и др. Оборудование сканирующего электронного микроскопа использует эти сигналы для получения информации и последующего анализа образца.

С точки зрения конструкции, как показано на рис. 2, сканирующий электронный микроскоп в основном состоит из семи основных систем: электронно‑оптической системы, системы детектирования и обработки сигналов, системы отображения, системы записи изображений, образцовой камеры, вакуумной системы, системы охлаждения и водоснабжения, а также системы электропитания.

Как видно из рис. 3, термически испускаемые нитью электроны под действием напряжения 2–30 кВ ускоряются и, пройдя фокусировку через две конденсорные линзы и объектив, формируют пучок падающих электронов с определённой энергией, интенсивностью и диаметром светового пятна. Под воздействием магнитного поля, создаваемого катушками, этот пучок сканируется по решётчатому рисунку в заданной временной и пространственной последовательности. В результате взаимодействия падающих электронов с образцом вторичные электроны, возникающие в образце, собираются детектором; при этом детектор способен улавливать вторичные электроны, испускаемые во всех направлениях. Эти вторичные электроны ускоряются и попадают на сцинтиллятор, где их энергия преобразуется в световой сигнал; далее световой сигнал поступает через фотопроводящую трубку в фотоэлектронный умножитель, где он преобразуется в электрический сигнал. Этот электрический сигнал, усиленный видеовыходным усилителем, подаётся на сетку кинескопа для модуляции яркости люминесцентного экрана, вследствие чего на экране отображается изображение, соответствующее образцу. По мере сканирования пучка падающих электронов по поверхности образца количество испускаемых вторичных электронов изменяется в зависимости от рельефа (топографии) этой поверхности.

Таким образом, вторичный электронный сигнал, усиливаемый видеопреусилителем, представляет собой переменный ток. Этот переменный сигнал используется для модуляции управляющего напряжения на сетке кинескопа. В результате на флуоресцентном экране кинескопа формируется изображение с различной яркостью, отражающее рельеф (топографию) поверхности образца в виде изображения вторичных электронов. Следует особо отметить, что сканирование падающего электронного пучка по поверхности образца и сканирование по флуоресцентному экрану должны осуществляться синхронно; для этого применяется единый генератор развертки, обеспечивающий однозначное соответствие между любой точкой образца и соответствующей точкой на экране кинескопа. Электронный луч на флуоресцентном экране кинескопа точно совпадает с точкой A, то есть точка образца A и точка изображения A взаимно однозначно соотносятся во времени и пространстве. Точка изображения A обычно называется элементом изображения. Очевидно, что изображение состоит из множества таких элементов.

Сканирующий электронный микроскоп, помимо получения изображений вторичных электронов, также позволяет регистрировать сигналы от обратно рассеянных электронов, проникающих электронов, характеристических рентгеновских лучей, катодолюминесценции и других. Принцип формирования изображения аналогичен принципу получения изображений вторичных электронов.

Перед проведением исследования на сканирующем электронном микроскопе образцы следует подвергнуть соответствующей обработке. Основные требования к подготовке образцов для СЭМ заключаются в том, чтобы максимально сохранить их поверхностную структуру, избежать деформации и загрязнения, обеспечить сушку образца и добиться его хорошей электропроводности.

Таковы основные сведения о конструкции и принципе работы сканирующего электронного микроскопа, представленные редакцией компании «ZEPTOOLS». По вопросам цены на сканирующий электронный микроскоп обращайтесь по телефону 15756003283 (номер указан также в WeChat).