10.2扫描电镜的结构 102.1电子光学系统 电子光学系统通常称为镜筒,由电子枪、二级或三级缩 小电磁透镜及光阑、合轴线圈、消像散器等辅助装置组成。 它们的作用是提供一束直径足够小、亮度足够高的扫描电子 束。实现这一目标的第一步就是选择合适的电子枪。目前有3 种电子枪:发叉式钨丝热阴极电子枪、六硼化镧(LaB)阴极 电子枪和场发射电子枪。前两种均属热发射电子枪,后一种 为冷发射电子枪。它们的性能如表10-2所示。场发射电子枪 在强电场作用下可以达到很高的电子发射率。使电子源的直 径可缩小至10nm。但这种电子枪要求有107~10-8Pa的高真 空度。它是高分辨率扫描电镜的理想电子源 16
16 10.2 扫描电镜的结构 ❖ 10.2.1 电子光学系统 电子光学系统通常称为镜筒，由电子枪、二级或三级缩 小电磁透镜及光阑、合轴线圈、消像散器等辅助装置组成。 它们的作用是提供一束直径足够小、亮度足够高的扫描电子 束。实现这一目标的第一步就是选择合适的电子枪。目前有3 种电子枪：发叉式钨丝热阴极电子枪、六硼化镧(LaB6 )阴极 电子枪和场发射电子枪。前两种均属热发射电子枪，后一种 为冷发射电子枪。它们的性能如表10-2所示。场发射电子枪 在强电场作用下可以达到很高的电子发射率。使电子源的直 径可缩小至10nm。但这种电子枪要求有10-7～10-8Pa的高真 空度。它是高分辨率扫描电镜的理想电子源
10.2扫描电镜的结构 102.1电子光学系统 表10-2几种电子枪的性能比较 电」枪类型 亮度/A/(cm2·sr)电子源直径/pm 寿命/h 真空度/Pat 发叉式钨丝热阴极 20-25 约 六硼化镧阴极 10~10 约00 l04 场发射电子枪 10~10 0.01~0.1 约5000 10~10N sr为立体角的单位,一球面度 扫描电镜的分辨率在最佳条件下基本上与到达样品表面时 的扫描电子束的直径相等。三级磁透镜的作用就是逐级缩小电 子束的直径。只有当总缩小率小于15000时,才能获得直径小 于10nm的电子束,才有可能使仪器的最佳分辨率小于10nm 前二级透镜也因此而被称为第一和第二聚光镜。第三个聚光镜 又称为物镜。通过它把扫描电子束会聚到试样表面。 17
17 10.2 扫描电镜的结构 ❖ 10.2.1 电子光学系统 扫描电镜的分辨率在最佳条件下基本上与到达样品表面时 的扫描电子束的直径相等。三级磁透镜的作用就是逐级缩小电 子束的直径。只有当总缩小率小于1/5000时，才能获得直径小 于10nm的电子束，才有可能使仪器的最佳分辨率小于10nm。 前二级透镜也因此而被称为第一和第二聚光镜。第三个聚光镜 又称为物镜。通过它把扫描电子束会聚到试样表面
10.2扫描电镜的结构 102.1电子光学系统 会聚镜光阑的作用是挡掉无用的杂散电子以保证获得微 细的扫描电子束,而又不致明显地减弱其亮度,还可以降低 噪声本底和防止绝缘物带电。第二聚光镜的光阑还可用来控 制选区衍射时电子束的发散角。 物镜光阑的作用是限制扫描电子束入射试样时的发散度 (它是物镜光阑的半径和光阑到试样表面的距离之比)。减小 物镜光阑的孔径,可以减小物镜的球差,提高分辨本领和改 善景深,从而提高图像的质量和增强图像的立体感 18
18 10.2 扫描电镜的结构 ❖ 10.2.1 电子光学系统 会聚镜光阑的作用是挡掉无用的杂散电子以保证获得微 细的扫描电子束，而又不致明显地减弱其亮度，还可以降低 噪声本底和防止绝缘物带电。第二聚光镜的光阑还可用来控 制选区衍射时电子束的发散角。 物镜光阑的作用是限制扫描电子束入射试样时的发散度 (它是物镜光阑的半径和光阑到试样表面的距离之比)。减小 物镜光阑的孔径，可以减小物镜的球差，提高分辨本领和改 善景深，从而提高图像的质量和增强图像的立体感
阴极 韦氏圆柱 阳极 固定光阑 第一聚光镜 圖國 扫描电镜的结构 和工作原理 圖 第二聚光镜 双偏转线圈 消像散器 末透镜(物镜) 限束光阑(末光阑 X射线探测器 (WDS或EDS) 光电倍增管放大器 扫描发生器 CRT 样品 二次电子探测器 至双偏转线圈 19 放大倍数控制器
19 扫描电镜的结构 和工作原理
10.2扫描电镜的结构 令10.2.2扫描系统 这一系统的作用是驱使电子束以不同的速度和不同的方式 在试样表面扫描,以适应各种观察方式的需要和获得合理的信 噪比。目前扫描电镜的最高扫描频率与电视接收频率相同。 快速扫描在调整成像时使用,或在作动态观察时使用。其 信噪比低,图像质量较差。慢扫描一般都用于记录图像。在高 倍工作时,由于束流很小,有了足够长的信号收集时间便可 T以 提高信噪比,从而改善图像质量。最慢的扫描时间可长达每帧 100秒或数百秒 20
20 10.2 扫描电镜的结构 ❖ 10.2.2 扫描系统 这一系统的作用是驱使电子束以不同的速度和不同的方式 在试样表面扫描，以适应各种观察方式的需要和获得合理的信 噪比。目前扫描电镜的最高扫描频率与电视接收频率相同。 快速扫描在调整成像时使用，或在作动态观察时使用。其 信噪比低，图像质量较差。慢扫描一般都用于记录图像。在高 倍工作时，由于束流很小，有了足够长的信号收集时间便可以 提高信噪比，从而改善图像质量。最慢的扫描时间可长达每帧 100秒或数百秒