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电子显微镜利用电子成像

电子显微镜利用电子成像，类似于光学显微镜使用可见光成像。由于电子的波长远小于光的波长，所以电子显微镜的分辨率要高于光学显微镜的分辨率。扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）,简称扫描电镜，已成为功能强、用途广的材料表征工具，已广泛应用于材料，冶金，矿物，生物学等领域，如图1所示为蔡司场发射扫描电镜。SEM主要组成部分是：电子光学系统，信号收集处理系统，图像显示和记录系统，真空系统，电源及控制系统等。

电子束以栅网模式扫描样品

在SEM中，电子束以栅网模式扫描样品。首先，电子在镜筒顶部生成电子。当电子的热能超过了源材料的功函数时，就会被释放出来，然后它们加速向带有正电荷的阳极高速移动。整个电子镜筒必须处于真空状态。

像电子显微镜的所有组件一样，电子也被密封在特殊的真空室中以保护它不受污染、振动和噪音的影响。除了保护电子不受污染，真空环境有利于得到高分辨率图像。

若非真空环境，镜筒中可能存在其他原子和分子，它们与电子相互作用，使电子束发生偏转，从而降低图像质量。高真空环境也提高了镜筒内检测器对电子的收集效率。

仪器设计了阶段式真空(stepvacuum)

平时操作，若要将样品室真空亦保持在10-8pa(10-10torr)，则抽真空的时间将变长而降低仪器的便利性，更增加仪器购置成本，因此一些仪器设计了阶段式真空(step vacuum)，亦即使电子、磁透镜及样品室的真空度依序降低，并分成三个部份来读取真空计读数，如此可将样品保持在真空度10-5pa的环境下即可操作。平时待机或更换样品时，为防止电子污染，皆使用真空阀(gun valve)将电子及磁透镜部份与样品室隔离，实际观察时再打开使电子束通过而打击到样品。