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掃描電子顯微鏡sem概述

來源:深圳華普通用科技有限公司   2022年07月20日 14:27  
  掃描電子顯微鏡sem是一種高分辨率的顯微鏡,利用電子束與樣品相互作用產生的信號來獲取樣品表面的詳細信息。該設備在科學研究、材料分析、納米技術等領域具有廣泛應用。
 
  掃描電子顯微鏡sem的工作原理基于電子光學系統。它使用聚焦電子束替代了傳統光學顯微鏡中的光束。電子束由電子槍產生,并通過適當的電場和磁場進行操控和聚焦。樣品表面被電子束轟擊后,產生多種信號,包括二次電子、反射電子、散射電子等。這些信號被探測器捕獲并轉化為圖像。
 
  掃描電子顯微鏡sem是非常精密的儀器,結構復雜,要想得到能充分反映物質形貌、層次清晰、立體感強和分辨率高的高質量圖像仍然是一件非常艱難的事情,本文針對工作中出現的問題,分析影響圖像質量的因素,討論如何根據樣品選擇觀察條件。
 
  1.加速電壓
 
  該設備的電子束是由燈絲通電發熱溫度升高,電子的動能增加到大于陽離子對它的吸引力(逸出功)時,電子就逃逸出去。在緊靠燈絲處裝上有孔的柵極,燈絲尖處于柵孔中心。加速電壓的范圍在1~30kV,其值越大電子束能量越大,反之亦然。
 
  加速電壓的選用視樣品的性質(含導電性)和倍率等來選定。當樣品導電性好且不易受電子束損傷時可選用高加速電壓,這時電子束能量大對樣品穿透深(尤其是低原子序數的材料)使材料襯度減小圖像分辨率高。但加速電壓過高會產生不利因素,電子束對樣品的穿透能力增大,在樣品中的擴散區也加大,會發射二次電子和散射電子甚至二次電子也被散射,多的散射電子存在信號里會出現疊加的虛影從而降低分辨率。
 
  2.掃描速度和信噪比
 
  在顯像管的屏幕上電子束每行掃描約2000點,每幀畫面約2000行,每秒鐘掃描25幀。這就意味著每個點上只停留0.01μs。電子束對樣品的相互作用以及檢測器對這種作用的響應很慢,即在0.01us期間每個點上獲得的信號很弱,需經過放大才能看清,這會帶來很多的噪音降低信噪比。掃描速度的選擇會影響所拍攝圖像的質量,如果拍圖的速度太快信號強度很弱。另外由于無規則信號的噪音干擾使分辨率下降。如果延長掃描時間會使噪音相互平均而抵消,因此提高信噪比增加畫面的清晰程度。但掃描時間過長,電子束滯留在樣品上的時間就會延長,電子束會使材料變形,降低分辨率甚至出現假象,特別對生物和高分子樣品,觀察時掃描速度不能太慢。
 
  3.束斑直徑和工作距離
 
  在SEM中束斑直徑決定圖像的分辨率。束斑的直徑越小圖像的分辨率越高。一般來講束斑直徑的大小是由電子光學系統來控制,并同末級透鏡的質量有關。因此為獲得高的圖像分辨率則束斑直徑要小,同時需要采用小的工作距離。如果探針電流過高,電子束斑縮小過度,圖像中就容出現噪聲。如果要觀察高低不平的樣品表面,要求很高的焦深,則需要采用大的工作距離,同時需要注意,圖像的分辨率會明顯降低。
 
  4.探針電流
 
  探針電流直接影響到束斑直徑、圖像信號強度、分辨率以及圖像清晰及失真程度等參數,而這些參數間又存在矛盾。電流越大電子束的束斑直徑越小,使分辨率增大,景深也增大。但是信號弱時,亮度有時會顯得不足、信噪比降低。對于一些高分子材料、生物樣品或一些不導電的樣品采用較大的探針電流,產生的電荷不能及時擴散遷移而形成積累,因而產生放電現象,難以得到高質量的形貌圖片;但是如果探針電流過小,會由于二次電子的信號較弱,本底雜散信號影響比較大,分辨率會下降,在高倍率下影響嚴重。因此探針電流選擇的原則是在反差和亮度滿足正常的情況下,加大探針電流,以便得到zui高的分辨率和較大的景深范圍。但是對于低倍率觀察圖像時要求豐富的層次結構為主,需要采用小一點的探針電流。
 
  5.象散校正
 
  消象散器實際上是針對各種因素而造成的電子束束斑彌散圓,對于非對稱造成的軸上象散都可以用消象散器來校正。
 
  總之,掃描電子顯微鏡sem是一種強大的工具,能夠提供樣品表面的高分辨率圖像和詳細信息。它在科學研究、材料分析和納米技術等領域發揮著重要作用,并不斷推動著人類對微觀世界的認知進程。
 

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