什么是掃描電子顯微鏡？

掃描電子顯微鏡（SEM）是電子顯微鏡的一種，通過用電子束照射樣品并檢測樣品發射的二次電子來觀察樣品的表面狀況，是一種可以進行測量的裝置。

通過使用掃描電子顯微鏡，甚至可以觀察光學顯微鏡難以觀察的微小結構。因此，它被廣泛應用于材料工程、生物化學等領域。

掃描電子顯微鏡的應用

掃描電子顯微鏡的放大倍數可以提高到幾十萬倍，分辨率可以提高到幾個納米。它還具有較深的焦深，可以輕松觀察樣品的不規則性。

光學顯微鏡的放大倍數極限約為1,000倍，分辨率極限約為150 nm，因此使用掃描電子顯微鏡可以比光學顯微鏡以更高的放大倍數和分辨率進行觀察。

此外，與光學顯微鏡獲得的圖像不同，掃描電子顯微鏡可以獲得具有對比度的三維圖像，其中垂直于電子束入射方向的平面較暗，并且該平面越接近于平行于電子束的方向。光束越亮，可以通過肉眼觀察到。

利用這些特點，掃描電子顯微鏡被用來觀察半導體材料、陶瓷材料等各種材料的表面狀況，觀察細菌、病毒等微生物，觀察細胞等生物樣品。另一方面，當目的是觀察樣品的內部結構時，通常使用透射電子顯微鏡。

掃描電鏡原理

在掃描電子顯微鏡中，將加速電子束聚焦并照射到樣品表面，通過掃描檢測并分析此時產生的二次電子（SE）和背散射電子（BSE）。被觀察為圖像數據。

通過提高加速電壓和增加照射電子的能量，分辨率可以提高到幾個納米。提高加速電壓會提高分辨率，但如果提高太多，會出現來自樣品深處的背散射電子的影響和充電（充電）等問題，因此幾kV到幾十kV的加速通常使用電壓。

二次電子是當電子束施加到樣品上時從樣品表面附近飛出的電子。

電子的狀態根據樣品的凹凸不平而不同，在通過測量二次電子獲得的圖像數據中產生對比度，使得可以觀察表面的凹凸和顆粒的形狀。

另一方面，背散射電子是當電子束與原子相互作用時反彈的電子。

不同的原子對發射的電子具有不同的反射率。通過測量背散射電子，每種原子的對比度得到增強，從而可以觀察樣品中所含原子的分布。

掃描電鏡結構

掃描電子顯微鏡主要由發射電子束的電子槍、將電子束聚焦在樣品表面的電子透鏡以及檢測二次電子和背散射電子的探測器組成。

電子槍有熱電子發射型、場發射型和肖特基型三種，各有不同的特點。電子透鏡一般采用電流流過線圈并通過磁場控制電子束的方法，有透鏡外法、透鏡內法等多種類型。

測量時，掃描電子顯微鏡內部保持約10^-4Pa的高真空，但近年來，已經開發出即使在低真空條件（約10^2Pa）或大氣壓下也能進行測量的模型常用于生物領域，該領域使用含有大量樣品的樣品。

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