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Q：掃描電鏡（SEM）的工作原理是什么？

電子 作為早發(fā)現(xiàn)的基本粒子，是電量小的單元，電量為 1.602189 × 10^-19 庫侖，質(zhì)量為 9.10956 × 10^-31 kg。自然界的原子都由一個帶正電的原子核以及圍繞它運(yùn)動的若干電子組成。

電子的發(fā)射源

在 SEM 中，燈絲作為電子的發(fā)射源十分關(guān)鍵，傳統(tǒng)的 W 燈絲以及飛納電鏡采用的 CeB₆ 燈絲都是通過熱激發(fā)方式激發(fā)電子。

熱激發(fā)是通過賦予電子更高的能量加熱，使得電子具有超出逸出功的能力，逸出功越高，需要的工作溫度也就越高。

W 燈絲的逸出功為 4.5 eV，CeB₆ 燈絲的逸出功為 2.6 eV。所以，W 燈絲的工作溫度在 2800K，而 CeB₆ 只需要在 1800K，工作溫度的不同同樣會影響色差，W 燈絲色差為 2.5 eV，CeB₆ 色差僅為 1 eV。

燈絲電子發(fā)射原理決定了 CeB₆ 燈絲可以在更低的溫度下產(chǎn)生比 W 燈絲更高的電流，意味著更高的亮度，更低的色差和更長的壽命。

電子在電場以及磁場中的運(yùn)動

電子在磁場中會受到洛倫茲力的作用，從而改變運(yùn)動的方向，在掃描電鏡中主要體現(xiàn)在物鏡（通電磁線圈產(chǎn)生的磁場會聚電子）以及掃描單元（通電磁線圈產(chǎn)生的磁場偏轉(zhuǎn)電子）。

電子與樣品相互作用

當(dāng)入射電子與樣品相互作用時，會激發(fā)出多種電子信號，包括背散射電子（BSE）、二次電子（SE）等。

背散射電子激發(fā)深度為 1-2μm，主要反映樣品的成分以及晶向等信息，而二次電子激發(fā)深度一般 ＜10 nm，主要表征樣品的表面形貌信息。

SED 成像，主要反映樣品的表面形貌，在邊緣等處信號量更高。

BSD 成像，主要反映樣品的成分差異，原子序數(shù)較大的組分亮度更高。

Phenom 飛納采用逸出功更低的單晶 CeB₆ 燈絲，可以在低溫下使電子逸出，有效地降低色差，提升燈絲亮度，延長燈絲使用壽命，并通過電場以及磁場的控制實現(xiàn)電子的加速以及偏轉(zhuǎn)，提供 BSD 和 SED 圖像。