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影响扫描电镜的几大要素

提供 来源:      日期:2019年07月04日
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扫描电子显微镜(SEM)是透射电子显微镜和光学显微镜之间的显微形态观察方法。它可以直接使用样品表面材料的材料特性进行显微成像。今天我们来讲一讲影响扫描电镜(SEM)的几大要素。

 

 

一、解析度

 

入射光束点直径:是扫描电镜分辨率的极限。通常,热阴极电子枪的最小束斑直径可以减小到6nm,并且场发射电子枪可以使束斑直径小于3nm。

 

入射电子束对样品的影响:扩散程度取决于入射光束的电子能量和样品的原子序数。入射光束能量越高,样品的原子序数越小,电子束作用体积越大,并且产生信号的区域随着电子束的扩散而增加,从而降低了分辨率。

 

使用的成像模式和调制信号:当二次电子用作调制信号时,由于其低能量(小于50eV),平均自由路径短(约10~100nm),仅在表面层中50-100纳米。

 

深度范围内的二次电子可以从样品表面逸出,发生散射的次数非常有限,并且基本上不进行横向扩展。因此,二次电子图像的分辨率近似等于束斑直径。

 

当反向散射电子用作调制信号时,由于反向散射电子能量相对较高并且穿透能力强,它可以从样品的较深区域逸出(约为有效作用深度的30%)。

 

在该深度范围内,入射电子具有相对宽的横向扩散,因此反向散射电子图像分辨率低于二次电子图像,通常约为500至2000nm。

 

如果使用其他操作模式来调制电子,X射线,阴极发光,光束感应电导或电位等,因为信号来自整个电子束散射区域,所得扫描图像的分辨率相对较低,通常在1000nm或大于l0000nm。

 

二、放大倍数

 

扫描电镜的放大倍数可以表示为M = Ac / As,Ac--屏幕上图像的边长; As  - 样品上电子束的扫描幅度。通常,Ac是固定的(通常为100 mm),可以通过改变As来改变放大率。

 

目前,大多数产品的扫描电子显微镜放大倍数为20~20,000倍,介于光学显微镜和透射电子显微镜之间,即扫描电子显微镜补偿光学显微镜的光圈和透射电子显微镜放大倍数。

 

三、景深

 

景深是指焦点前后的距离范围。由该范围内的所有物体形成的图像满足分辨率要求,并且可以是清晰的图像;也就是说,景深是可以看到的距离范围。

 

扫描电镜的景深是透射电子显微镜的10倍,是光学显微镜的数倍。由于图像的景深较大,所得到的扫描电子图像充满了三维性。

 

电子束的景深取决于临界分辨率功率d0和电子束入射半角αc。其中,临界分辨率与放大率有关,因为人眼的分辨率约为0.2mm。

 

放大后,为了使人的图像感觉清晰,电子束的分辨率必须高于临界分辨率d0:电子束的入射。可以通过改变瞳孔尺寸和工作距离来调节角度,并且可以通过小孔径和大工作距离获得小入射角。

 

四、对比

 

对比包括:表面形貌和原子序数对比。表面形貌是由样品表面的不均匀性引起的。

 

原子序数对比度是指当扫描电子束入射时产生的反向散射电子,吸收的电子和X射线,其对微区域中的原子序数的差异非常敏感。

 

原子序数越大,图像越亮。二次电子受原子序数的影响较小。聚合物中各组分之间的平均原子序数差别不大;因此,只有一些特殊的聚合物多相系统才能使用这种对比成像。

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