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國產(chǎn)電鏡掃描電鏡SEM分辨率的影響因素

更新時(shí)間:2024-01-23      點(diǎn)擊次數:1645
  國產(chǎn)電鏡掃描電鏡SEM分辨率的影響因素
  掃描電鏡(SEM)的優(yōu)點(diǎn):
 ?、儆休^高的放大倍數,20-20萬(wàn)倍之間連續可調;
 ?、谟泻艽蟮木吧?,視野大,成像富有立體感,可直接觀(guān)察各種試樣凹凸不平表面的細微結構;
 ?、墼嚇又苽浜?jiǎn)單。

 

  影響SEM的幾大要素
  1、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(chǎng)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展效應:擴散程度取決于入射束電子能量和樣品原子序數的高低。入射束能量越高,樣品原子序數越小,則電子束作用體積越大,產(chǎn)生信號的區域隨電子束的擴散而增大,從而降低了分辨率。
  C. 成像方式及所用的調制信號:當以二次電子為調制信號時(shí),由于其能量低(小于50 eV),平均自由程短(10~100nm左右),只有在表層50~100nm的深度范圍內的二次電子才能逸出樣品表面,發(fā)生散射次數很有限,基本未向側向擴展,因此,二次電子像分辨率約等于束斑直徑。當以背散射電子為調制信號時(shí),由于背散射電子能量比較高,穿透能力強,可從樣品中較深的區域逸出(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寬的側向擴展,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(xiàn)、陰極熒光、束感生電導或電位等作為調制信號的其他操作方式,由于信號來(lái)自整個(gè)電子束散射區域,所得掃描像的分辨率都比較低,一般在l 000nm或l0000nm以上不等。
  2、放大倍數
  掃描電鏡的放大倍數可表示為M=Ac/As
  式中,Ac—熒光屏上圖像的邊長(cháng);
  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(guò)改變As來(lái)改變放大倍數。目前,大多數商品掃描電鏡放大倍數為20~20,000倍,介于光學(xué)顯微鏡和透射電鏡之間,即掃描電鏡彌補了光學(xué)顯微鏡和透射電鏡放大倍數的空擋。
  3、景深
  景深是指焦點(diǎn)前后的一個(gè)距離范圍,該范圍內所有物點(diǎn)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(jué)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(guò)改變光闌尺寸和工作距離來(lái)調整,用小尺寸的光闌和大的工作距離可獲得小的入射電子角。
  4、襯度
  包括:表面形貌襯度和原子序數襯度。表面形貌襯度由試樣表面的不平整性引起。原子序數襯度指掃描電子束入射試祥時(shí)產(chǎn)生的背散射電子、吸收電子、X射線(xiàn),對微區內原子序數的差異相當敏感。原子序數越大,圖像越亮。二次電子受原子序數的影響較小。高分子中各組分之間的平均原子序數差別不大;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。