Сканирующий электронный микроскоп (SEM) — важная микроскопическая техника, которая использует электронный пучок вместо света для наблюдения за микроструктурой поверхности образца. По сравнению с традиционными оптическими микроскопами SEM обладает гораздо более высоким разрешением и позволяет получать детальную информацию о структуре поверхности образца на глубинном уровне. Ниже приводится подробное описание конструкции и принципа работы SEM.

Структурное строение

SEM в основном состоит из следующих семи систем:

1. Электронно‑оптическая система: включает электронную пушку, систему фокусировки и объектив, предназначенные для генерации, фокусировки и модуляции электронного пучка.

2. Система детектирования: предназначена для регистрации сигналов, возникающих при взаимодействии образца с падающими электронами, включая вторичные электроны, обратнорассеянные электроны, проникающие электроны, характеристические рентгеновские лучи, катодолюминесценцию и др.

3. Система обработки сигналов: осуществляет обработку сигналов, полученных от системы регистрации, с целью формирования изображения.

4. Система отображения: преобразует обработанный сигнал в видимое изображение.

5. Система записи изображений: предназначена для регистрации или сохранения наблюдаемых изображений.

6. Камера образцов: включает столешницу для размещения образцов и, как правило, оснащена многоосевой системой перемещения, позволяющей удобно регулировать их положение.

7. Вакуумная система: предназначена для поддержания вакуумной среды внутри микроскопа, обеспечивая распространение электронного пучка и стабильность образца.

Рис. 1. Схема получения информации при бомбардировке образца пучком падающих электронов

Принцип работы

1. Электронная эмиссия и фокусировка: в СЭМ для генерации высокоэнергетического электронного пучка используется электронная пушка. Эти электроны фокусируются с помощью последовательности систем коллимации и объективов, формируя узкий электронный пучок.

2. Сканирование электронным пучком: электронный пучок сканирует поверхность образца в определённой временной и пространственной последовательности. Сканирование осуществляется с помощью системы электронных линз и электромагнитных сканирующих катушек, что позволяет пучку двигаться по сетчатому пути вдоль поверхности образца.

3. Генерация сигналов: электронный пучок взаимодействует с поверхностью образца, в результате чего возникают различные типы сигналов, включая вторичные электроны, обратнорассеянные электроны, прошедшие электроны и характеристические рентгеновские лучи.

4. Детекция сигналов: система детекции собирает и различает эти сигналы. При этом сигналы вторичных электронов преимущественно используются для получения изображений поверхности, тогда как сигналы обратнорассеянных электронов и другие сигналы позволяют получить дополнительную информацию о составе образца.

5. Обработка и отображение изображений: собранные сигналы обрабатываются системой обработки сигналов и в конечном счёте преобразуются в видимое изображение. Эти изображения отображаются на флуоресцентном экране кинескопа.

6. Подготовка образца: для получения чётких изображений образец подвергается специальной обработке, включающей нанесение проводящего покрытия, вакуумную обработку и очистку поверхности, чтобы избежать искажений и загрязнений.

Рис. 2 Схема структуры сканирующего электронного микроскопа

Преимущества настольного сканирующего электронного микроскопа

По сравнению с традиционными крупногабаритными сканирующими электронными микроскопами настольные сканирующие электронные микроскопы обладают следующими преимуществами:

- Компактные размеры: настольный сканирующий электронный микроскоп обладает компактной конструкцией, занимает мало места и лучше подходит для лабораторных условий.

- Простота эксплуатации: удобный интерфейс, не требующий сложных профессиональных навыков, что делает устройство ещё более доступным в использовании.

- Низкая стоимость: по сравнению с крупными сканирующими электронными микроскопами настольные устройства обладают более доступной ценой.

- Быстрая откачка: настольные сканирующие электронные микроскопы обычно обладают возможностью быстрой откачки, что повышает эффективность работы.

- Разрешение соответствует требованиям: разрешение настольного сканирующего электронного микроскопа достаточно для удовлетворения потребностей микроскопического наблюдения большинства материалов.

Область применения

Настольные сканирующие электронные микроскопы обладают широким спектром применений, охватывая такие области, как материаловедение, наночастицы, биомедицина, пищевая и фармацевтическая промышленность, текстильные волокна, геологические науки и другие. Их высокое разрешение и гибкость делают их мощным инструментом для изучения микроструктуры и поверхностной морфологии.

Заключение

Сканирующий электронный микроскоп, используя пучок электронов для получения изображений с высоким разрешением, предоставляет научным исследователям возможность глубоко изучать микроструктуру материалов. Появление настольных сканирующих электронных микроскопов заполнило пробел в разрешении между традиционными крупногабаритными приборами и оптическими микроскопами, обеспечив учёных более удобным и экономичным инструментом в самых разных областях.

Столешный сканирующий электронный микроскоп ZEM18 компании Цэюй Технолоджи

Компания «Аньхой Цзэюй Технологии» — это научно‑инструментальная фирма, обладающая полностью самостоятельными правами интеллектуальной собственности. С начала 1990‑х годов, когда была начата разработка электронных микроскопов и сопутствующего оборудования, её исследовательская команда неизменно стремится предоставлять высококачественные приборы для нанонаучных исследований. В настоящее время компания располагает в том числе… Пико Фемто Серия Система измерений в режиме in situ с использованием ТЭМ 、 Система измерений СЭМ в нативном состоянии 、 Настольный сканирующий электронный микроскоп серии ZEM 、 Ступенчатый измеритель серии JS 、 Нано‑пьезо‑столик 、 Станок для переноса двумерных материалов 、 Пробоночная платформа и низкотемпературная система 、 Линейка с дифракционной решёткой Продукция, представленная в нескольких линейках, пользуется широким признанием как на внутреннем, так и на международном рынках, заполняя многочисленные пробелы в отечественной сфере высокоточных измерительных приборов.