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掃描電鏡的電子束是如何聚焦和掃描樣品的?

日期:2025-05-28

掃描電鏡(SEM)的電子束聚焦與掃描是成像的核心機制,整個過程涉及電子槍、電磁透鏡系統和掃描線圈等部件,目的是將電子束精準地聚焦成細小的束斑,并以系統控制的方式逐點掃描樣品表面。以下是詳細解釋:

一、電子束的產生與加速

電子束首先由位于 SEM 頂部的 電子槍 發出,一般使用鎢絲、場發射源或 LaB? 熱發射源。這些電子在高壓(加速電壓)下被加速,形成高速直線電子流。

二、電子束的聚焦機制

電子束須高度集中,形成微米甚至納米級的束斑,這需要精密的聚焦系統:

電磁透鏡(聚光透鏡與物鏡)

電磁透鏡由線圈繞制而成,通過通電產生磁場,作用類似光學顯微鏡的玻璃透鏡,對電子束進行會聚。

第一組聚光透鏡:粗調電子束大小和亮度。

第二組聚光透鏡和物鏡透鏡:進一步精細聚焦電子束到樣品表面,控制束斑尺寸與分辨率。

孔徑光闌(Aperture)

在透鏡之間設置有可調孔徑,用于限制電子束直徑和散射角度,影響成像清晰度和束流強度。

三、電子束的掃描原理

一旦電子束被聚焦成束斑,接下來的任務是控制其按照規律掃描樣品表面,這通過掃描系統完成:

掃描線圈(X-Y 掃描線圈)

安裝在物鏡附近的電磁線圈通過控制電流,在磁場作用下輕微偏轉電子束,實現按行(水平)和按列(垂直)的逐點掃描。

掃描方式通常為光柵掃描,類似電視或顯示器逐行掃描的模式。

同步信號采集與圖像形成

每掃描一個點,樣品表面與電子束相互作用產生信號(如二次電子、背散射電子、X 射線等),被探測器接收并同步記錄。

掃描系統將這些點陣信號按照對應的空間順序組合,形成圖像。

四、聚焦調節的用戶操作

在實際使用中,操作者可以通過調節:

聚焦控制(Focus):細調物鏡透鏡電流,使圖像清晰。

散焦控制(Stigmator):修正電子束形狀偏差(橢圓形或失圓),保證束斑對稱。

倍率(Magnification):通過改變掃描面積范圍來放大局部區域,而非通過物理變焦。


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作者:澤攸科技


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