什么是扫描电子显微镜？

扫描电子显微镜（SEM）是电子显微镜的一种，通过用电子束照射样品并检测样品发射的二次电子来观察样品的表面状况，是一种可以测量的装置。

通过使用扫描电子显微镜，甚至可以观察光学显微镜难以观察的微小结构。因此，它被广泛应用于材料工程、生物化学等领域。

扫描电子显微镜的应用

扫描电子显微镜的放大倍数可以提高到几十万倍，分辨率可以提高到几个纳米。它还具有较深的焦深，可以轻松观察样品的不规则性。

光学显微镜的放大倍数极限约为1,000倍，分辨率极限约为150 nm，因此使用扫描电子显微镜可以比光学显微镜以更高的放大倍数和分辨率进行观察。

此外，与光学显微镜获得的图像不同，扫描电子显微镜可以获得具有对比度的三维图像，其中垂直于电子束入射方向的平面较暗，并且该平面越接近于平行于电子束的方向。光束越亮，可以通过肉眼观察到。

利用这些特点，扫描电子显微镜被用来观察半导体材料、陶瓷材料等各种材料的表面状况，观察细菌、病毒等微生物，观察细胞等生物样品。另一方面，当目的是观察样品的内部结构时，通常使用透射电子显微镜。

扫描电镜原理

在扫描电子显微镜中，将加速电子束聚焦并照射到样品表面，通过扫描检测并分析此时产生的二次电子（SE）和背散射电子（BSE）。被观察为图像数据。

通过提高加速电压和增加照射电子的能量，分辨率可以提高到几个纳米。提高加速电压会提高分辨率，但如果提高太多，会出现来自样品深处的背散射电子的影响和充电（充电）等问题，因此几kV到几十kV的加速通常使用电压。

二次电子是当电子束施加到样品上时从样品表面附近飞出的电子。

电子的状态根据样品的凹凸不平而不同，在通过测量二次电子获得的图像数据中产生对比度，使得可以观察表面的凹凸和颗粒的形状。

另一方面，背散射电子是当电子束与原子相互作用时反弹的电子。

不同的原子对发射的电子具有不同的反射率。通过测量背散射电子，每种原子的对比度得到增强，从而可以观察样品中所含原子的分布。

扫描电镜结构

扫描电子显微镜主要由发射电子束的电子枪、将电子束聚焦在样品表面的电子透镜以及检测二次电子和背散射电子的探测器组成。

电子枪有热电子发射型、场发射型和肖特基型三种，各有不同的特点。电子透镜一般采用电流流过线圈并通过磁场控制电子束的方法，有透镜外法、透镜内法等多种类型。

测量时，扫描电子显微镜内部保持约10^-4Pa的高真空，但近年来，已经开发出即使在低真空条件（约10^2Pa）或大气压下也能进行测量的模型常用于生物领域，该领域使用含有大量样品的样品。

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