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扫描电镜(SEM)成像影响的几个因素
2022.06.22   点击31次

扫描电子显微镜,简称为扫描电镜,英文缩写为SEM(ScanningElectronMicroscope)。扫描电子显微镜主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态,即用极狭窄的电子束去扫描样品,通过电子束与样品的相互作用产生各种效应,其中主要是样品的二次电子发射。二次电子能够产生样品表面放大的形貌像,这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的,即使用逐点成像的方法获得放大像。SEM主要组成部分是:电子光学系统,信号收集处理系统,图像显示和记录系统,真空系统,电源及控制系统等。

影响扫描电镜(SEM)成像的几个因素:

1、分辨率

影响扫描电镜的分辨本领的主要因素有:

A、入射电子束束斑直径

为扫描电镜分辨本领的极限。一般,热阴极电子枪的最小束斑直径可缩小到6nm,场发射电子枪可使束斑直径小于3nm。

B、入射电子束在样品中的扩展效应

扩散程度取决于入射束电子能量和样品原子序数的高低。入射束能量越高,样品原子序数越小,则电子束作用体积越大,产生信号的区域随电子束的扩散而增大,从而降低了分辨率.

C、成像方式及所用的调制信号

当以二次电子为调制信号时,由于其能量低(小于50 eV),平均自由程短(10~100  nm左右),只有在表层50~100 nm的深度范围内的二次电子才能逸出样品表面,发生散射次数很有限,基本未向侧向扩展,因此,二次电子像分辨率约等于束斑直径。当以背散射电子为调制信号时,由于背散射电子能量比较高,穿透能力强,可从样品中较深的区域逸出(约为有效作用深度的30%左右)。在此深度范围,入射电子已有了相当宽的侧向扩展,所以背散射电子像分辨率要比二次电子像低,一般在500~2000nm左右。如果以吸收电子、X射线、阴极荧光、束感生电导或电位等作为调制信号的其他操作方式,由于信号来自整个电子束散射区域,所得扫描像的分辨率都比较低,一般在1000 nm或10000nm以上不等。

2、放大倍数

扫描电镜的放大倍数可表示为M =Ac/As式中,Ac—荧光屏上图像的边长;As—电子束在样品上的扫描振幅。一般地,Ac是固定的(通常为100 mm),则可通过改变As来改变放大倍数。目前,大多数商品扫描电镜放大倍数为20~20,000倍,介于光学显微镜和透射电镜之间,即扫描电镜弥补了光学显微镜和透射电镜放大倍数的空挡。

3、景深

景深是指焦点前后的一个距离范围,该范围内所有物点所成的图像符合分辨率要求,可以成清晰的图像;也即,景深是可以被看清的距离范围。扫描电子显微镜的景深比透射电子显微镜大10倍,比光学显微镜大几百倍。由于图像景深大,所得扫描电子像富有立体感。电子束的景深取决于临界分辨本领d0和电子束入射半角αc。其中,临界分辨本领与放大倍数有关,因人眼的分辨本领约为0.2 mm,放大后,要使人感觉物像清晰,必须使电子束的分辨率高于临界分辨率d0 :电子束的入射角可通过改变光阑尺寸和工作距离来调整,用小尺寸的光阑和大的工作距离可获得小的入射电子角。

4、衬度

包括:表面形貌衬度和原子序数衬度。表面形貌衬度由试样表面的不平整性引起。原子序数衬度指扫描电子束入射试祥时产生的背散射电子、吸收电子、X射线,对微区内原子序数的差异相当敏感。原子序数越大,图像越亮。二次电子受原子序数的影响较小。高分子中各组分之间的平均原子序数差别不大;所以只有—些特殊的高分子多相体系才能利用这种衬度成像。

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