近年來，由于各種應用中使用的材料尺寸的不斷縮小，掃描電子顯微鏡（SEM）已成為用于材料表征的*且通用的工具。在這篇文章中，我們解釋了SEM是什么，并描述了SEM儀器的主要工作原理。

什么是SEM？

SEM（Scanning Electron Microscope）代表掃描電子顯微鏡。電子顯微鏡使用電子進行成像，就像光學顯微鏡使用可見光一樣。SEM使用聚焦的高能電子束在固體樣品表面產生各種信號。來自電子-樣品相互作用的信號揭示了樣品的信息，包括外部形態（紋理），化學成分，以及構成樣品的材料的晶體結構和取向。在大多數應用中，在樣本表面的選定區域上收集數據，并生成顯示這些屬性的空間變化的二維圖像。由于電子的波長遠小于光的波長，因此SEM的分辨率優于光學顯微鏡的分辨率。

SEM技術如何工作？

SEM 的示意圖如圖2 所示。在這種的電子顯微鏡中，電子束以光柵模式逐行掃描樣品。首先，電子由腔室頂端的電子源（俗稱燈絲）產生。電子束發射是因為熱能克服了材料的功函數。他們隨后被加速并被帶正電的陽極所吸引。整個電子腔需要處于真空環境中。像所有的電子顯微鏡部件一樣，為了保持真空并且防止污染、震動和噪聲，燈絲被密封在一個特殊的腔室中。真空不僅可以保持燈絲不受污染，也可以讓使用者獲得高分辨率。如果缺乏真空，其它原子和分子就會存在于腔室中。他們和電子相互作用就會導致電子束偏轉，成像質量降低。此外，高真空增加了腔室中探頭的電子接收效率。

與光學顯微鏡類似，掃描電鏡 SEM 使用透鏡來控制電子的路徑。因為電子不能透過玻璃，這里所用的是電磁透鏡。他們簡單的由線圈和金屬極片構成。當電流通過線圈，就會產生磁場。電子對磁場十分敏感，電子在顯微鏡腔室的路徑就可以由這些電磁透鏡控制；調節電流大小可以控制磁場強度。通常，電磁透鏡有兩種：會聚鏡，電子通往樣品時首先遇到的透鏡。會聚鏡會在電子束錐角張開之前將電子束會聚，電子在轟擊樣品之前會再由物鏡會聚一次。會聚鏡決定了電子束的尺寸（決定著分辨率），物鏡則主要負責將電子束聚焦到樣品上。掃描電鏡的光路系統同樣還包含了用于將電子束在樣品表面光柵化的掃描線圈。在許多時候，孔徑光闌會結合透鏡一起控制電子束大小。

產生什么樣的電子？

當一束極細的高能入射電子轟擊掃描樣品表面時，被激發的區域將產生二次電子、俄歇電子、特征x射線和連續譜X射線、背散射電子、透射電子，以及在可見、紫外、紅外光區域產生的電磁輻射。同時可產生電子-空穴對、晶格振動（聲子）、電子振蕩（等離子體）【材料課堂】二次電子 vs 背散射電子。