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冷場發射電子顯微鏡是依據高能電子束和固體樣品表面作用時產生的物理現象。利用聚焦得非常細的高能電子束在試樣上掃描，被激發的區域將產生二次電子、特征x射線、背散射電子、透射電子等信息。通過對這些信息的接收、放大和顯示成像，獲得測試試樣表面形貌的觀察。
冷場發射電子顯微鏡還有一些需要了解的概念：
1、二次電子是指被入射電子轟擊出來的核外電子。當原子的核外電子從入射電子獲得了大于原子核和外層價電子間相應的結合能的能量后，可脫離原子成為自由電子。如果這種散射過程發生在比較接近樣品表處，那些能量大于材料逸出功的自由電子可從樣品表面逸出，變成真空中的自由電子，即二次電子。
2、背散射電子是指被固體樣品原子反射回來的一部分入射電子。
3、光源為高速運動的電子束，通過場發射產生（單晶鎢），冷場掃描電鏡的電子槍由特殊的鎢做成，在室溫下可以產生電子束；得到的電子通過磁透鏡進行匯聚，可以避免其它電子的軌跡的干擾；用掃描線圈進行樣品掃描，它提供與電子束同步的掃描信號；通過相應的接收器進行接收之后進行信號轉換，有相應的信號檢測放大系統，信號強度隨物體表面的情況而變化，在屏幕上顯示出放大數倍的圖像。
儀器用途：
顯微結構的分析：材料的形貌、結構、缺陷和界面的微觀分析，包括衍襯成像，電子衍射，高分辨分析；
材料微觀結構成分分析：成分的定性和半定量分析，元素的點、線和面分析，材料的形貌、結構、缺陷和界面的微觀分析。
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