电子无法穿过玻璃，因此 SEM 镜头是电磁镜头。它们由金属杆内的线圈组成。

当电流通过这些线圈时，它们会产生 磁场。

电子对这些磁场高度敏感，因此显微镜中的镜片能够控制它们。

什么是背散射电子和二次电子

当显微镜下的电子与样本相互作用时，会产生不同种类的其他电子、光子和辐射。

成像所必需的两种电子是背散射电子 (BSE) 和二次电子 (SE)。

• 当原电子束与样品物体相互作用时，背散射电子会被反射回来。这些是弹性相互作用。
• 二次电子则不同，因为它们来自样品的原子，是非弹性相互作用的结果。

这些弹性和非弹性相互作用之间有什么区别？

• 弹性相互作用发生在初级电子没有能量损失的情况下，当这种情况发生时，电子可以改变方向，但不会改变其波长
• 当相互作用导致初级电子能量损失时，就会发生非弹性相互作用。

BSE 和 SE 包含不同类型的信息。BSE 源自样本的较深区域，而 SE 则来自表面区域。

BSE 的图像对原子序数的差异表现出很高的敏感性，原子序数的差异会显示得更亮或更暗。

SE 图像包含更详细的表面信息。

扫描电子显微镜需要不同类型的背散射电子和二次电子探测器。

通常，对于 SE，这将是一个 Everhart-Thornley 探测器。它由法拉第笼内的闪烁体组成。该探测器带正电以吸引 SE。

为了检测 BSE，显微镜将使用放置在样品上方的固态探测器

是什么产生了 SEM 中使用的电子？

SEM 仪器使用三种方式产生电子：

• 场发射枪——可产生强大的电场，将电子从原子中拉出来并生成高分辨率图像。它采用真空设计。
• 热电子灯丝 – 在显微镜内，钨丝会升温至白热，直至发射电子。在高温条件下，其寿命约为 100 小时。
• 六硼化铈阴极 - 亮度是钨的十倍，该电子源提供了更高的信噪比、更好的比率，并且寿命超过 1,500 小时。

电子显微镜与光学显微镜有何不同？

在光学显微镜中，您可以使用光和透镜组合来放大图像。

这使得你能够观察诸如细胞之类的小物体，但是你可以达到的放大倍数是有限的，因此你可以分析的材料和物质也是有限的。

电子显微镜的不同之处在于它不是使用光束，而是使用电子束。

电子显微镜可以克服光学显微镜的局限性，因为它们使用更短的波长，从而产生更好的图像分辨率。

在光线适量的情况下，人眼无需使用镜片就能区分相距 0.2 毫米的两个点。

这个距离就是眼睛的分辨率。

光学显微镜可以放大这种分辨率，使得眼睛可以看到相距小于 0.2 毫米的点。

光学显微镜的最大放大倍数约为 1000 倍。镜头的数量和质量限制了其能力。但另一个因素也限制了其分辨率，这个因素就是光线。

白光的波长为400至700nm（纳米）。

平均波长为500nm。这给出了理论分辨率检测限约为200至250nm。

因此，波长是光学显微镜分辨率的一个限制因素。电子显微镜克服了这一问题，因为电子的波长较短，分辨率更高。

使用 SEM 可实现的最大分辨率取决于多种因素，例如电子点大小和电子束与样品的相互作用体积。

有些扫描电子显微镜可以实现1nm以下的分辨率。

全尺寸仪器通常产生 1 至 20nm 之间的分辨率，而台式型号将产生 20nm 或更高的分辨率。

SEM 分析优势

扫描电子显微镜 (SEM) 是故障分析的重要工具，可帮助工程师和科学家调查和了解材料和组件故障背后的原因。

SEM 在故障分析中的应用如下：

1. 详细表面成像：SEM 可提供失效材料表面的详细图像，使分析人员能够检查断裂表面、裂纹、腐蚀或任何其他可见损坏。SEM 的高放大倍数和分辨率有助于揭示失效特征的形态和地形。
2. 微观结构分析：SEM 可以检查材料的微观结构。通过适当准备样品（例如通过抛光和蚀刻），分析人员可以研究晶粒结构、相分布以及可能导致故障的任何微观结构异常。
3. 元素成分分析：SEM 可以进行能量色散 X 射线光谱 (EDS) 或 X 射线微分析，这有助于识别和量化失效材料的元素成分。该分析可以揭示可能导致失效的杂质、污染物或合金成分变化。
4. 断裂表面分析：SEM 可让研究人员分析失效部件的断裂表面。通过检查断裂模式、裂纹扩展模式以及疲劳条纹或延性撕裂等特定特征的存在，分析师可以确定失效机制并了解失效是否是由于过载、疲劳或其他因素造成的。
5. 腐蚀分析：在发生与腐蚀相关的故障时，SEM 可以提供有关腐蚀产物、腐蚀形态和腐蚀损坏程度的宝贵信息。这有助于识别腐蚀剂、评估腐蚀机制并指导预防措施。
6. 异物分析：有时，异物的存在会导致部件故障。SEM 可以检查和识别材料表面或内部的异物或污染物，从而深入了解它们的来源以及对故障的潜在影响。