Kính hiển vi điện tử quét SEM là một loại kính hiển vi có độ phân giải cao sử dụng chùm tia điện tử để quét bề mặt mẫu và thu được hình dạng vi mô của mẫu bằng cách phát hiện các tín hiệu được tạo ra bởi sự tương tác của bề mặt mẫu với chùm tia điện tử. Khả năng hình ảnh độ phân giải cao và các đặc tính phân tích đa chức năng của nó làm cho nó đóng một vai trò quan trọng trong nghiên cứu khoa học và thử nghiệm công nghiệp.

I. Nguyên tắc làm việc

　　Kính hiển vi điện tử quét SEMNguyên lý làm việc cơ bản là quét bề mặt mẫu bằng chùm electron, sau đó phát hiện tín hiệu phản xạ lại từ bề mặt mẫu (bao gồm điện tử thứ cấp, điện tử tán xạ lưng, tia X......), để hình thành hình ảnh. Quá trình này có thể được chia thành các bước sau:

1, Nguồn điện tử: Nguồn điện tử thường sử dụng cathode nhiệt hoặc cathode phát ra từ trường, tạo ra chùm electron năng lượng cao. Những chùm electron này trở nên rất tinh tế thông qua một hệ thống tập trung và có khả năng quét ở quy mô micron hoặc nano.

2, quá trình quét: chùm tia điện tử trên bề mặt mẫu theo các quy tắc nhất định để quét, thường sử dụng phương pháp quét điểm. Với mỗi điểm được quét, mẫu tương tác với electron, tạo ra các loại tín hiệu khác nhau. Những tín hiệu này được máy dò nhận và tạo ra hình ảnh tương ứng dựa trên cường độ và sự thay đổi của tín hiệu.

3, Phát hiện tín hiệu: Trong quá trình quét, bề mặt mẫu sẽ giải phóng các electron thứ cấp, các electron tán xạ ngược, tia X, v.v. Điện tử thứ cấp chủ yếu có nguồn gốc từ bề mặt mẫu, số lượng của chúng liên quan đến cấu trúc chi tiết của bề mặt mẫu, do đó, hình ảnh bề mặt của mẫu có thể thu được bằng tín hiệu điện tử thứ cấp; Các electron tán xạ ngược cung cấp thông tin về số nguyên tử của mẫu và do đó có thể được sử dụng để xác định sự phân bố thành phần của các vật liệu khác nhau; X-quang cung cấp thông tin về thành phần hóa học của mẫu thông qua phân tích nguyên tố.

4, tái tạo hình ảnh: sau khi phát hiện tín hiệu được xử lý thông qua hệ thống máy tính của kính hiển vi điện tử, nó được chuyển đổi thành hình ảnh màu xám, cho thấy cấu trúc vi mô của bề mặt mẫu. Trong hình ảnh SEM, chiều cao và hình dạng của mẫu được thể hiện thông qua tín hiệu điện tử thứ cấp với cường độ khác nhau, phần lõm hơn, tín hiệu điện tử thứ cấp yếu hơn, được hiển thị dưới dạng khu vực tối hơn và phần nổi bật hơn của tín hiệu mạnh hơn, được hiển thị dưới dạng khu vực sáng hơn.

II. Lĩnh vực ứng dụng

Kính hiển vi điện tử quét SEM có độ phân giải cao, độ phóng đại cao và khả năng tái tạo hình dạng ba chiều, cho phép nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực:

1, Khoa học vật liệu: Trong nghiên cứu vật liệu, nó được sử dụng rộng rãi để quan sát cấu trúc vi mô của kim loại, gốm sứ, chất bán dẫn, polymer và các vật liệu khác, hình dạng bề mặt, cơ chế nứt, phân tích ăn mòn, v.v. Ví dụ, thông qua SEM có thể quan sát các vết nứt trên bề mặt kim loại, cấu trúc của khớp hàn, chất lượng lớp phủ của vật liệu kim loại, v.v.

Khoa học đời sống: Ứng dụng trong nghiên cứu sinh học cũng rất rộng rãi, đặc biệt là trong lĩnh vực tế bào học và vi sinh học. SEM có thể quan sát rõ ràng các cấu trúc bề mặt tế bào như màng tế bào, ma trận ngoại bào, bề mặt virus, v.v. Bằng cách sử dụng, các nhà nghiên cứu có thể tiến hành phân tích chi tiết các cấu trúc tinh tế của mầm bệnh, virus và mô tế bào.

Công nghiệp điện tử và bán dẫn: Trong ngành công nghiệp điện tử, nó được sử dụng trong quá trình sản xuất mạch tích hợp (IC), thiết bị điện tử, sợi quang, v.v., để phát hiện cấu trúc bề mặt và chất lượng sản xuất của chúng. Đặc biệt, trong nghiên cứu vật liệu bán dẫn, các khiếm khuyết, đứt gãy và tiếp xúc không mong muốn ở cấp độ nano có thể được tiết lộ, do đó cung cấp cơ sở để cải thiện quy trình sản xuất.

Địa chất và khoáng vật học: Trong khoáng vật học, nó được sử dụng để nghiên cứu đá, hình thái bề mặt của khoáng chất, cấu trúc vi mô của khoáng chất, thành phần hóa học của khoáng chất, v.v. Bằng cách tán xạ các hình ảnh electron, các nhà địa chất có thể phân tích thành phần của quặng và loại khoáng chất dựa trên sự phân bố của các nguyên tố khác nhau.

Kính hiển vi điện tử quét SEM, với độ phân giải tuyệt vời và tính linh hoạt, được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu khoa học và sản xuất công nghiệp, đặc biệt là trong các lĩnh vực khoa học vật liệu, y sinh, công nghiệp điện tử và công nghệ nano. Nó quét bề mặt mẫu bằng chùm electron năng lượng cao, phát hiện các tín hiệu khác nhau để có được hình ảnh vi mô tinh tế và cung cấp thông tin quan trọng về thành phần hóa học, tính chất vật lý của mẫu, v.v.