掃描電鏡的工作原理主要基于電子與物質(zhì)的相互作用。以下是SEM掃描電鏡的詳細(xì)工作原理：

一、基本原理

掃描電鏡利用聚焦電子束在試樣表面逐點(diǎn)掃描成像。試樣可以是塊狀或粉末顆粒，成像信號主要包括二次電子、背散射電子或吸收電子等，其中二次電子是*主要的成像信號。SEM掃描電鏡的工作原理與閉路電視系統(tǒng)相似，逐點(diǎn)逐行掃描，通過收集和處理這些信號來形成反映樣品表面特征的圖像。

二、詳細(xì)工作流程

電子束的產(chǎn)生與聚焦：

由三極電子槍發(fā)射出來的電子束，在加速電壓作用下，經(jīng)過2～3個電子透鏡聚焦后，形成具有一定能量、束流強(qiáng)度和束斑直徑的微細(xì)電子束。

這些電子束被掃描線圈驅(qū)動，在樣品表面按一定時間和空間順序進(jìn)行柵網(wǎng)式掃描。

電子束與樣品的相互作用：

當(dāng)電子束轟擊樣品表面時，會與樣品中的原子發(fā)生相互作用，激發(fā)出各種物理信號，如二次電子、背散射電子、吸收電子、俄歇電子、陰極熒光和特征X射線等。

二次電子是入射電子所激發(fā)的樣品原子外層電子，能量較低，僅在樣品表面附近幾個納米深度以內(nèi)才有電子從表面逃逸。因此，它對試樣表面的狀態(tài)非常敏感，主要用于掃描電鏡下試樣表面形貌的觀察。

信號的收集與處理：

這些由電子束與樣品相互作用產(chǎn)生的信號被相應(yīng)的收集器接受，經(jīng)過放大器按順序、成比例地放大后，送到顯像管的柵極上。

顯像管的電子束強(qiáng)度被這些信號調(diào)制，即顯像管熒光屏上的亮度變化反映了樣品表面的信息。

圖像的形成與顯示：

由于供給電子光學(xué)系統(tǒng)使電子束偏向的掃描線圈的電源也是供給陰極射線顯像管的掃描線圈的電源，此電源發(fā)出的鋸齒波信號同時控制兩束電子束作同步掃描。

因此，樣品上電子束的位置與顯像管熒光屏上電子束的位置是一一對應(yīng)的。在熒光屏上就形成一幅與樣品表面特征相對應(yīng)的畫面，如二次電子像、背散射電子像等。畫面上亮度的疏密程度表示該信息的強(qiáng)弱分布。

三、系統(tǒng)組成

SEM掃描電鏡主要由以下幾個系統(tǒng)組成：

電子光學(xué)系統(tǒng)：包括電子槍、聚光鏡、物鏡和掃描線圈等，負(fù)責(zé)產(chǎn)生和聚焦電子束，并在樣品表面進(jìn)行掃描。

信號收集處理系統(tǒng)：負(fù)責(zé)收集由電子束與樣品相互作用產(chǎn)生的各種信號，并進(jìn)行處理以轉(zhuǎn)換為圖像信息。

圖像顯示和記錄系統(tǒng)：將處理后的信號轉(zhuǎn)換為圖像信息，通過顯示設(shè)備顯示出來，并可以通過記錄設(shè)備進(jìn)行保存。

真空系統(tǒng)：維持鏡筒內(nèi)的高真空度，以避免電子束與空氣中的分子發(fā)生碰撞，影響成像質(zhì)量。

電源及控制系統(tǒng)：為掃描電鏡的各個部分提供所需的電源，并控制其運(yùn)行。

綜上所述，SEM掃描電鏡通過復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和精密的工作原理，能夠?qū)崿F(xiàn)對樣品表面的高分辨率成像和組成分析，為材料科學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域的研究提供了有力的工具。