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掃描電鏡SEM分辨率的影響因素
發(fā)布時間：2018.06.06 閱讀量：2791
掃描電鏡的優(yōu)點
①有較高的放大倍數(shù)，20-20萬倍之間連續(xù)可調(diào)；
②有很大的景深，視野大，成像富有立體感，可直接觀察各種試樣凹凸不平表面的細(xì)微結(jié)構(gòu)；
影響掃描電鏡（SEM）的幾大要素
分辨率
影響掃描電鏡的分辨本領(lǐng)的主要因素有：
A. 入射電子束束斑直徑：為掃描電鏡分辨本領(lǐng)的極限。一般，熱陰極電子槍的最小束斑直徑可縮小到6nm，場發(fā)射電子槍可使束斑直徑小于3nm。
B. 入射電子束在樣品中的擴(kuò)展效應(yīng)：擴(kuò)散程度取決于入射束電子能量和樣品原子序數(shù)的高低。入射束能量越高，樣品原子序數(shù)越小，則電子束作用體積越大，產(chǎn)生信號的區(qū)域隨電子束的擴(kuò)散而增大，從而降低了分辨率.
C. 成像方式及所用的調(diào)制信號：當(dāng)以二次電子為調(diào)制信號時，由于其能量低(小于50 eV)，平均自由程短（10~100 nm左右），只有在表層50～100 nm的深度范圍內(nèi)的二次電子才能逸出樣品表面， 發(fā)生散射次數(shù)很有限，基本未向側(cè)向擴(kuò)展，因此，二次電子像分辨率約等于束斑直徑。當(dāng)以背散射電子為調(diào)制信號時，由于背散射電子能量比較高，穿透能力強(qiáng)，可從樣品中較深的區(qū)域逸出(約為有效作用深度的30％左右)。在此深度范圍，入射電子已有了相當(dāng)寬的側(cè)向擴(kuò)展，所以背散射電子像分辨率要比二次電子像低，一般在500～2000nm左右。如果以吸收電子、X射線、陰極熒光、束感生電導(dǎo)或電位等作為調(diào)制信號的其他操作方式，由于信號來自整個電子束散射區(qū)域，所得掃描像的分辨率都比較低，一般在l 000 nm或l0000nm以上不等。
放大倍數(shù)
掃描電鏡的放大倍數(shù)可表示為M =Ac/As式中，Ac—熒光屏上圖像的邊長；As—電子束在樣品上的掃描振幅。一般地，Ac 是固定的(通常為100 mm)，則可通過改變As 來改變放大倍數(shù)。目前，大多數(shù)商品掃描電鏡放大倍數(shù)為20～20,000倍，介于光學(xué)顯微鏡和透射電鏡之間，即掃描電鏡彌補(bǔ)了光學(xué)顯微鏡和透射電鏡放大倍數(shù)的空擋。
景深
景深是指焦點前后的一個距離范圍，該范圍內(nèi)所有物點所成的圖像符合分辨率要求，可以成清晰的圖像；也即，景深是可以被看清的距離范圍。掃描電子顯微鏡的景深比透射電子顯微鏡大10倍，比光學(xué)顯微鏡大幾百倍。由于圖像景深大，所得掃描電子像富有立體感。電子束的景深取決于臨界分辨本領(lǐng)d0和電子束入射半角αc。其中，臨界分辨本領(lǐng)與放大倍數(shù)有關(guān)，因人眼的分辨本領(lǐng)約為0.2 mm, 放大后，要使人感覺物像清晰，必須使電子束的分辨率高于臨界分辨率d0 ：電子束的入射角可通過改變光闌尺寸和工作距離來調(diào)整，用小尺寸的光闌和大的工作距離可獲得小的入射電子角。
襯度
包括：表面形貌襯度和原子序數(shù)襯度。表面形貌襯度由試樣表面的不平整性引起。原子序數(shù)襯度指掃描電子束入射試祥時產(chǎn)生的背散射電子、吸收電子、X射線，對微區(qū)內(nèi)原子序數(shù)的差異相當(dāng)敏感。原子序數(shù)越大，圖像越亮。二次電子受原子序數(shù)的影響較小。高分子中各組分之間的平均原子序數(shù)差別不大；所以只有—些特殊的高分子多相體系才能利用這種襯度成像。
①有較高的放大倍數(shù)，20-20萬倍之間連續(xù)可調(diào)；
②有很大的景深，視野大，成像富有立體感，可直接觀察各種試樣凹凸不平表面的細(xì)微結(jié)構(gòu)；
③試樣制備簡單。
影響掃描電鏡（SEM）的幾大要素
分辨率
影響掃描電鏡的分辨本領(lǐng)的主要因素有：
A. 入射電子束束斑直徑：為掃描電鏡分辨本領(lǐng)的極限。一般，熱陰極電子槍的最小束斑直徑可縮小到6nm，場發(fā)射電子槍可使束斑直徑小于3nm。
B. 入射電子束在樣品中的擴(kuò)展效應(yīng)：擴(kuò)散程度取決于入射束電子能量和樣品原子序數(shù)的高低。入射束能量越高，樣品原子序數(shù)越小，則電子束作用體積越大，產(chǎn)生信號的區(qū)域隨電子束的擴(kuò)散而增大，從而降低了分辨率.
C. 成像方式及所用的調(diào)制信號：當(dāng)以二次電子為調(diào)制信號時，由于其能量低(小于50 eV)，平均自由程短（10~100 nm左右），只有在表層50～100 nm的深度范圍內(nèi)的二次電子才能逸出樣品表面， 發(fā)生散射次數(shù)很有限，基本未向側(cè)向擴(kuò)展，因此，二次電子像分辨率約等于束斑直徑。當(dāng)以背散射電子為調(diào)制信號時，由于背散射電子能量比較高，穿透能力強(qiáng)，可從樣品中較深的區(qū)域逸出(約為有效作用深度的30％左右)。在此深度范圍，入射電子已有了相當(dāng)寬的側(cè)向擴(kuò)展，所以背散射電子像分辨率要比二次電子像低，一般在500～2000nm左右。如果以吸收電子、X射線、陰極熒光、束感生電導(dǎo)或電位等作為調(diào)制信號的其他操作方式，由于信號來自整個電子束散射區(qū)域，所得掃描像的分辨率都比較低，一般在l 000 nm或l0000nm以上不等。
放大倍數(shù)
掃描電鏡的放大倍數(shù)可表示為M =Ac/As式中，Ac—熒光屏上圖像的邊長；As—電子束在樣品上的掃描振幅。一般地，Ac 是固定的(通常為100 mm)，則可通過改變As 來改變放大倍數(shù)。目前，大多數(shù)商品掃描電鏡放大倍數(shù)為20～20,000倍，介于光學(xué)顯微鏡和透射電鏡之間，即掃描電鏡彌補(bǔ)了光學(xué)顯微鏡和透射電鏡放大倍數(shù)的空擋。
景深
景深是指焦點前后的一個距離范圍，該范圍內(nèi)所有物點所成的圖像符合分辨率要求，可以成清晰的圖像；也即，景深是可以被看清的距離范圍。掃描電子顯微鏡的景深比透射電子顯微鏡大10倍，比光學(xué)顯微鏡大幾百倍。由于圖像景深大，所得掃描電子像富有立體感。電子束的景深取決于臨界分辨本領(lǐng)d0和電子束入射半角αc。其中，臨界分辨本領(lǐng)與放大倍數(shù)有關(guān)，因人眼的分辨本領(lǐng)約為0.2 mm, 放大后，要使人感覺物像清晰，必須使電子束的分辨率高于臨界分辨率d0 ：電子束的入射角可通過改變光闌尺寸和工作距離來調(diào)整，用小尺寸的光闌和大的工作距離可獲得小的入射電子角。
襯度
包括：表面形貌襯度和原子序數(shù)襯度。表面形貌襯度由試樣表面的不平整性引起。原子序數(shù)襯度指掃描電子束入射試祥時產(chǎn)生的背散射電子、吸收電子、X射線，對微區(qū)內(nèi)原子序數(shù)的差異相當(dāng)敏感。原子序數(shù)越大，圖像越亮。二次電子受原子序數(shù)的影響較小。高分子中各組分之間的平均原子序數(shù)差別不大；所以只有—些特殊的高分子多相體系才能利用這種襯度成像。
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