Prinzipien und Anwendungen der Rasterelektronenmikroskopie
Merkmale von SEM
Im Vergleich zum optischen Mikroskop und Transmissionselektronenmikroskop weist das Rasterelektronenmikroskop die folgenden Eigenschaften auf:
(1) Die Oberflächenstruktur der Probe kann direkt beobachtet werden und die Größe der Probe kann bis zu 120 mm × 80 mm × 50 mm betragen.
(2) Der Probenvorbereitungsprozess ist einfach und muss nicht in dünne Scheiben geschnitten werden.
(3) Die Probe kann in einem dreidimensionalen Raum in der Probenkammer verschoben und gedreht werden, sodass die Probe aus verschiedenen Winkeln beobachtet werden kann.
(4) Die Schärfentiefe ist groß und das Bild ist voller Dreidimensionalität. Die Schärfentiefe des Rasterelektronenmikroskops ist hunderte Male größer als die des optischen Mikroskops und Dutzende Male größer als die des Transmissionselektronenmikroskops.
(5) Der Vergrößerungsbereich des Bildes ist groß und die Auflösung relativ hoch. Es kann zehnfach bis hunderttausendfach vergrößert werden und umfasst im Wesentlichen den Vergrößerungsbereich von der Lupe über das optische Mikroskop bis zum Transmissionselektronenmikroskop. Die Auflösung liegt zwischen optischem Mikroskop und Transmissionselektronenmikroskop und beträgt bis zu 3 nm.
(6) Die Beschädigung und Kontamination der Probe durch den Elektronenstrahl ist relativ gering.
(7) Neben der Beobachtung der Morphologie können auch andere Signale der Probe für die Mikrokomponentenanalyse verwendet werden.
Aufbau und Funktionsprinzip des Rasterelektronenmikroskops
1. Objektivtubus
Der Objektivtubus umfasst eine Elektronenkanone, eine Kondensorlinse, ein Objektiv und ein Scansystem. Seine Funktion besteht darin, einen sehr dünnen Elektronenstrahl (etwa einige nm Durchmesser) zu erzeugen, den Elektronenstrahl dazu zu bringen, die Oberfläche der Probe abzutasten und gleichzeitig verschiedene Signale anzuregen.
2. Elektronisches Signalerfassungs- und -verarbeitungssystem
In der Probenkammer interagiert der Rasterelektronenstrahl mit der Probe und erzeugt verschiedene Signale, darunter Sekundärelektronen, Rückstreuelektronen, Röntgenstrahlen, absorbierte Elektronen, Auger-Elektronen usw. Unter den oben genannten Signalen sind die Sekundärelektronen die wichtigsten Hierbei handelt es sich um die äußeren Elektronen in den Probenatomen, die durch die einfallenden Elektronen angeregt werden und im Bereich von mehreren nm bis mehreren zehn nm unter der Probenoberfläche erzeugt werden. Die Erzeugungsrate hängt hauptsächlich von der Morphologie und der Zusammensetzung der Proben ab. Das sogenannte Rasterelektronenbild bezieht sich normalerweise auf das Sekundärelektronenbild, das das nützlichste elektronische Signal zur Untersuchung der Oberflächenmorphologie der Probe darstellt. Der Detektor zum Nachweis von Sekundärelektronen (die Sonde in Abbildung 15(2)) ist ein Szintillator. Wenn die Elektronen auf den Szintillator treffen, erzeugt 1 darin Licht, dieses Licht wird über den Lichtleiter an die Photovervielfacherröhre übertragen und erzeugt ein Lichtsignal Das heißt, es wird in ein Stromsignal umgewandelt, und dann wird das Stromsignal durch Vorverstärkung und Videoverstärkung in ein Spannungssignal umgewandelt und schließlich an das Gitter der Bildröhre gesendet.
