電鏡學(xué)堂丨掃描電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)(一) - 電子光學(xué)系統(tǒng)

§2. 電磁透鏡

電磁透鏡主要是對(duì)電子束起匯聚作用，類似光學(xué)中的凸透鏡。電磁透鏡主要有靜電透鏡和磁透鏡兩種。

①   靜電透鏡

一些特定形狀的并成旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的等電位曲面簇可以使得電子束在庫(kù)侖力的作用下進(jìn)行聚焦，形成這些等電位曲面簇的裝置就是靜電透鏡，如圖3-7。

圖3-7 靜電透鏡

靜電透鏡在掃描電鏡中使用相對(duì)較少。不過(guò)電子槍外的柵極和陽(yáng)極之間，自然就形成了一個(gè)靜電透鏡。另外一些特殊型號(hào)的電鏡在某些地方采用了所謂的靜電透鏡設(shè)計(jì)。

②   磁透鏡

電子束在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的磁場(chǎng)中會(huì)受到洛倫茲力的作用，進(jìn)而產(chǎn)生聚焦作用。能使產(chǎn)生這種旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非均勻磁場(chǎng)并使得電子束聚焦成像的線圈裝置，就是磁透鏡，如圖3-8。

圖3-8 磁透鏡

磁透鏡主要有兩部分組成，如圖3-9。第一部分是軟磁材料（如純鐵）制成的中心穿孔的柱體對(duì)稱芯子，被稱為極靴。第二部分是環(huán)形極靴的銅線圈，當(dāng)電流通過(guò)線圈的時(shí)，極靴被磁化，并在心腔內(nèi)建立磁場(chǎng)，對(duì)電子束產(chǎn)生聚焦作用。

磁透鏡主要包括聚光鏡和物鏡，靠近電子槍的透鏡是聚光鏡，靠近試樣的是物鏡，如圖3-10。一般聚光鏡是強(qiáng)勵(lì)磁透鏡，而物鏡是弱勵(lì)磁透鏡。

                                                              圖3-9 磁透鏡結(jié)構(gòu)　　    　    　　　　　　　    　    　    　    　    　   圖3-10 聚光鏡和物鏡　   

聚光鏡的主要功能是控制電子束直徑和束流大小。聚光鏡電流改變時(shí)，聚光鏡對(duì)電子束的聚焦能力不一樣，從而造成電子束發(fā)散角不同，電子束電流密度也隨之不同。然后配合光闌，可以改變電子束直徑和束流的大小，如圖3-11。當(dāng)然，有的電鏡不止一級(jí)聚光鏡，也有的電鏡通過(guò)改變物理光闌的大小來(lái)改變束流和束斑大小。

   　     　     　     　　　 圖3-11 聚光鏡改變電流密度、束斑和束流

物鏡的主要功能是對(duì)電子束做最終聚焦，將電子束再次縮小并聚焦到凸凹不平的試樣表面上。

雖然電磁透鏡和凸透鏡非常像似，不過(guò)電子束軌跡和光學(xué)中的光線還是有較大差別的。幾何光學(xué)中的光線在過(guò)凸透鏡的時(shí)候是折線；而電子束在過(guò)磁透鏡的時(shí)候，由于洛倫茲力的作用，其軌跡是既旋轉(zhuǎn)又折射，兩種運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行，如圖3-12。

圖3-12 電子束在過(guò)磁透鏡時(shí)的軌跡