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掃描電子顯微鏡加速電壓對(duì)樣品的影響

日期:2022-04-28

經(jīng)過(guò)百年的發(fā)展,目前市場(chǎng)上掃描電子顯微鏡的加速電壓范圍一般都在200V~30kV之間。加速電壓越高,電子束波長(zhǎng)越短,掃描電鏡的分辨力越高。當(dāng)對(duì)不同試樣進(jìn)行不同目的地觀(guān)測(cè)時(shí),往往要調(diào)節(jié)加速電壓和束流參數(shù)。那么加速電壓應(yīng)該如何選取,加速電壓究竟會(huì)對(duì)掃描電鏡的觀(guān)測(cè)造成哪些影響呢?

掃描電鏡激發(fā)試樣的能量主要取決于入射束的加速電壓,當(dāng)高能量的電子束入射到同一試樣中時(shí),入射電子束與試樣相互作用區(qū)范圍的大小隨加速電壓的升高而增大;在同一加速電壓下,隨試樣組分密度的增大而減小。電鏡圖像的反差通常也會(huì)隨加速電壓的升高而增大,圖像的表面細(xì)節(jié)也會(huì)隨加速電壓的增高而減少。

如圖a和b所示。在實(shí)際工作中要采集到一幅好照片,除了要有好的儀器設(shè)備之外,選擇合適的加速電壓值也是很重要的一步。選擇高、低不同的加速電壓各有不同的優(yōu)缺點(diǎn),通常應(yīng)根據(jù)試樣的組分和分析目的的不同來(lái)考慮,即金屬試樣一般會(huì)選擇較高的加速電壓,輕元素組成的試樣一般會(huì)選擇較低的加速電壓。

圖a  3kV拍攝試樣表面(掃描電鏡拍攝)

圖a  3kV拍攝試樣表面(掃描電鏡拍攝)

圖b  20kV拍攝試樣表面(掃描電鏡拍攝)

圖b  20kV拍攝試樣表面(掃描電鏡拍攝)


(1)選擇高加速電壓的優(yōu)點(diǎn)

加速電壓越高入射電子束的波長(zhǎng)越短,也就越容易得到高分辨力的圖像,還有抗外部電磁場(chǎng)的干擾能力也會(huì)增強(qiáng),也不易受到試樣表層污染斑的影響,所以高的加速電壓比較適合拍攝高倍率的圖像。

(2)選擇高加速電壓的缺點(diǎn)

所獲得的圖像會(huì)缺少表面信息和細(xì)節(jié),易呈現(xiàn)高反差,特別是會(huì)明顯增大邊緣效應(yīng),使得到的圖像欠柔和,也會(huì)使圖像容易呈現(xiàn)生硬的感覺(jué)。另外,高的加速電壓、大的束斑也容易造成試樣的放電和損傷,以及圖形的漂移。

(3)選擇低加速電壓的優(yōu)點(diǎn)

掃描電鏡圖像的成像信息來(lái)源越趨于表面,圖像的表面細(xì)節(jié)就越顯得豐富、細(xì)膩,特別是會(huì)明顯減少邊緣效應(yīng),使得到的圖像顯得更協(xié)調(diào)、柔和,如圖 a 所示。另外,低加速電壓、小束斑對(duì)試樣表面的損傷小,不容易造成試樣的荷電和圖像的漂移,也會(huì)減輕對(duì)試樣的損傷。

(4)選擇低加速電壓的缺點(diǎn)

加速電壓越低,電子束的波長(zhǎng)越長(zhǎng),越不容易得到高分辨力的圖像,所以低加速電壓僅適合于拍攝放大倍率不太高的圖像,還有信噪也比較差,抗外部電磁場(chǎng)的干擾能力也較弱,對(duì)試樣表層所受的污染會(huì)變得更敏感,所以不易得到高清晰和高分辨力的圖像。

總之,在選擇加速電壓時(shí),要考慮到高/低壓各自的優(yōu)缺點(diǎn),全盤(pán)考慮、衡量之后再做決定。選擇較低的加速電壓有可能會(huì)影響圖像的信噪比,但所獲得的圖像表面信息量往往會(huì)更多、更豐富,這是很可取的一點(diǎn),所以在使用掃描電鏡采集照片時(shí)應(yīng)根據(jù)試樣的具體情況和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)需求進(jìn)行綜合考慮來(lái)選擇合適的加速電壓。


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作者:澤攸科技


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