自1965年第 一臺商品掃描電鏡問世以來，經過50多年的不斷改進，掃描電鏡的分辨率已經大大提高，而且大多數掃描電鏡都能與X射線能譜儀等附件或探測器組合，成為一種多功能的電子顯微儀器。在材料領域中，掃描電鏡發揮著極其重要的作用，可廣泛應用于各種材料的形態結構、界面狀況、損傷機制及材料性能預測等方面的研究，如圖1所示的納克微束FE-1050系列場發射掃描電鏡。

圖1 納克微束FE-1050系列場發射掃描電鏡

場發射掃描電鏡組成結構可分為鏡體和電源電路系統兩部分，鏡體部分由電子光學系統、信號收集和顯示系統以及真空系統組成，電源電路系統為單一結構組成。

1.1 電子光學系統

由電子槍、電磁透鏡、掃描線圈和樣品室等部件組成。其作用是用來獲得掃描電子束，作為信號的激發源。為了獲得較高的信號強度和圖像分辨率，掃描電子束應具有較高的亮度和盡可能小的束斑直徑。

1.2 信號收集

檢測樣品在入射電子作用下產生的物理信號，然后經視頻放大作為顯像系統的調制信號。1.3 真空系統

真空系統的作用是為保證電子光學系統正常工作，防止樣品污染，一般情況下要求保持10-4~10-5Torr的真空度。

1.4 電源電路系統

電源系統由穩壓，穩流及相應的安全保護電路所組成，其作用是提供掃描電鏡各部分所需的電源。

圖3為掃描電鏡工作原理示意圖，具體如下：由電子槍發出的電子束在加速電壓（通常200V～30kV）的作用下，經過兩三個電磁透鏡組成的電子光學系統，電子束被聚成納米尺度的束斑聚焦到試樣表面。與顯示器掃描同步的電子光學鏡筒中的掃描線圈控制電子束，在試樣表面的微小區域內進行逐點逐行掃描。由于高能電子束與試樣相互作用，從試樣中發射出各種信號（如二次電子、背散射電子、X射線、俄歇電子、陰極熒光、吸收電子等）。

圖3 掃描電鏡的工作原理示意圖

這些信號被相應的探測器接收，經過放大器、調制解調器處理后，在顯示器相應位置顯示不同的亮度，形成符合人類觀察習慣的二維形貌圖像或者其他可以理解的反差機制圖像。

由于圖像顯示器的像素尺寸遠大于電子束斑尺寸，且顯示器的像素尺寸小于等于人類肉眼通常的分辨率，顯示器上的圖像相當于把試樣上相應的微小區域進行了放大，而顯示圖像有效放大倍數的限度取決于掃描電鏡分辨率的水平。

早期輸出模擬圖像主要采用高分辨照相管，用單反相機直接逐點記錄在膠片上，然后沖洗相片。隨著電子技術和計算機技術的發展，如今掃描電鏡的成像實現了數字化圖像，模擬圖像電鏡已經被數字電鏡取代。

掃描電鏡是科技領域應用最多的微觀組織和表面形貌觀察設備，了解掃描電鏡的工作原理及其應用方法，有助于在科學研究中利用好掃描電鏡這個工具，對樣品進行全面細致的研究。

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掃描電子顯微鏡怎么聚焦：深入了解聚焦技術的關鍵

掃描電子顯微鏡（SEM）是現代科學研究中不可或缺的工具，廣泛應用于材料學、生物學、納米技術等領域。其高分辨率和成像能力使得研究人員能夠觀察到微觀結構的細節。SEM的高效使用離不開精確的聚焦操作，這直接關系到成像質量和實驗結果的準確性。本文將詳細探討掃描電子顯微鏡的聚焦原理、操作步驟及常見問題，幫助用戶更好地掌握SEM聚焦技巧。

1. 掃描電子顯微鏡的基本工作原理

掃描電子顯微鏡通過電子束掃描樣品表面，利用樣品與電子束相互作用產生的信號來形成圖像。與光學顯微鏡不同，電子顯微鏡使用電子代替光線，因此可以在更高的放大倍率下觀察樣品。聚焦則是確保電子束準確聚集到樣品表面特定位置，產生清晰圖像的關鍵過程。

2. 聚焦的關鍵步驟與技巧

聚焦掃描電子顯微鏡需要精確調節電子束的焦距和掃描參數。具體步驟包括：

• 調整電子槍：首先，通過調整電子槍電流和加速電壓來確保電子束穩定。如果電子束過強或過弱，都會影響成像質量。
• 粗聚焦與精細聚焦：通過調節物鏡（或聚焦透鏡）的電壓，粗略地將電子束聚焦到樣品上。之后，使用精細聚焦調節器，細致地調整焦距，確保圖像清晰。
• 掃描范圍調節：確保掃描區域與樣品的實際大小相匹配。過大的掃描區域可能導致圖像模糊，過小則可能錯過關鍵信息。

3. 聚焦時常見問題及解決方法

在使用SEM時，聚焦不準是常見的問題之一。常見問題及其解決方法如下：

• 圖像模糊：可能是因為電子束未正確聚焦，需再次調整焦距或電子槍參數。
• 焦點漂移：長期使用可能導致電子束位置漂移。此時需要重新校準儀器，檢查電壓和電流設置。
• 樣品表面不平整：表面粗糙或結構復雜的樣品容易造成聚焦困難。應選用適當的放大倍率，并注意樣品的處理和準備工作。

4. 聚焦技術的未來發展趨勢

隨著電子顯微鏡技術的不斷進步，聚焦技術也在不斷發展。例如，自動化聚焦系統的出現大大提高了操作的度和效率，同時降低了操作人員的技能要求。未來，結合人工智能和機器學習的自動聚焦技術有望進一步提升掃描電子顯微鏡的性能，優化實驗流程。

結論

掃描電子顯微鏡的聚焦技術是確保高質量成像的核心。在實際操作中，了解聚焦的基本原理，掌握聚焦技巧，并及時解決常見的聚焦問題，能夠大幅提高實驗的精確度與效率。隨著技術的不斷發展，未來SEM的聚焦過程將變得更加自動化和智能化，為科學研究提供更為強大的支持。