电子束与样品相互作用的深入解析

扫描电子显微镜（SEM）是一种先进的仪器，用于观察和分析材料表面的微观结构。该设备通过电子枪发射的电子束，经过电磁透镜的聚焦和加速，与样品发生相互作用。这些相互作用包括多种散射过程，导致电子束的方向或能量发生变化，进而产生多种信号，如二次电子、背散射电子等，这些信号能够揭示样品的物理和化学特性。

电子束轰击固体发生的各种信号及深度

电子与样品的相互作用主要分为弹性散射和非弹性散射。弹性散射使得电子保持能量但改变方向，而非弹性散射则导致电子能量的损失。这些过程共同作用，形成了一个特定的区域，称为相互作用区，其中电子束的能量被样品吸收并转化为可检测的二次辐射。

不同加速电压下，蒙德卡罗(Monte Carlo)电子轨迹模拟图

相互作用区的大小可以通过实验观察或使用蒙特卡洛模拟方法来确定。通常，电子束的能量越高，其穿透深度越大，相互作用区也相应增大。此外，样品的原子序数也会影响电子束的穿透能力，原子序数越大，电子束的散射角度越大，穿透深度越浅。

同样加速电压下，不用材料，蒙德卡罗(Monte Carlo)电子轨迹模拟图

扫描电镜的工作原理

扫描电子显微镜的工作原理可以通过下图来直观理解。电子枪发射的细小电子束，在加速电压的作用下，经过聚光镜和物镜的聚焦，形成具有特定能量和直径的入射电子束。在物镜上方的扫描线圈产生的磁场作用下，电子束按照预定的顺序进行扫描。样品与入射电子束的相互作用激发出的信号被不同的检测器收集，从而形成图像。

扫描电子显微精成像原理图