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掃描電子顯微鏡如何改善圖像的信噪比

日期:2022-06-06

掃描電子顯微鏡(SEM)中,試樣表面凹凸不平的細(xì)微起伏,呈現(xiàn)到顯示屏上的二次電子圖像中表現(xiàn)為明暗反差的不同,這是來自試樣表面各點二次電子信號的強(qiáng)弱差異之故。二次電子發(fā)生變化的原因主要是由于入射電子束與各微區(qū)之間傾斜角的不同來決定的。


當(dāng)在小光欄和小束斑下,而放大倍率又很高時,很難得到足夠的反差,圖像上就會出現(xiàn)明顯的麻點、噪聲,影響圖像的信噪比。掃描電鏡圖像的這種反差的減小和噪聲的混入造成了圖像質(zhì)量的下降,掃描電鏡信號變?nèi)醯那闆r往往是在高放大倍率下,為了得到高分辨的圖像而把電子束斑縮得太小,從而在得不到足夠大的束流密度的支持時,就會使圖像的信噪比明顯下降。


入射的電子束流中本身就含有來自電子源的發(fā)射噪聲,也就是所發(fā)射的電子數(shù)量具有漲落統(tǒng)計方面的變動,而且入射電子束激發(fā)出試樣中的二次電子后,二次電子受柵網(wǎng)吸引打到閃爍體上,使閃爍體發(fā)光產(chǎn)生光電轉(zhuǎn)換和在光電倍增管中進(jìn)行倍增放大的這一連串過程中,這些也都是統(tǒng)計噪聲增.大的主要來源。它決定了所顯示圖像的信噪比(S/N),還有放大電路中的各種電子元器件自身也會帶來熱噪聲。圖 1表示了從原入射電子①到光電倍增管的輸出端⑥的這幾段行程中,產(chǎn)生二次電子的轉(zhuǎn)換信號②是信號量子數(shù)很少的一段,因而該段的信噪比也是很低的,這一點被稱為噪聲瓶頸。即信號水平很低之處為試樣發(fā)出的二次電子到閃爍體這一段,這種非連接的統(tǒng)計噪聲對實際圖像的信噪比影響大,只要該點的信噪比能滿足要求,其他點也就沒有問題。

掃描電子顯微鏡信號傳送系統(tǒng)示意圖.png

圖1 信號傳送系統(tǒng)示意圖

總之,圖像上出現(xiàn)噪聲從原理上來講是不得已的,另外為了增強(qiáng)圖像的襯度,提高圖像的反差,圖像信號中的直流成分可以盡量壓低,但是這并不能從本質(zhì)上改善信噪比,改善信噪比可從以下三種途徑考慮:


(1)增加從試樣上發(fā)出的信號量。要增加信號量可以盡量采用高亮度的電子槍、提高加速電壓、增.大光欄孔徑、提高 E-T 探測器的柵偏壓、試樣朝探測器傾斜或者在試樣表面蒸鍍高發(fā)射率的金屬膜等方法。

(2)降低電子線路的雜散信號。除了電子線路中元器件的熱噪聲要盡量小之外,光電倍增管是電子噪聲的主要來源。當(dāng)加大光電倍增管的電壓時,電子噪聲會隨同試樣的信號一起被放大。倍增管的電壓過高或掃描速度過快也會產(chǎn)生明顯的噪聲,所以能選配一個靈敏度高、暗電流小、噪聲低的光電倍增管對提高圖像信噪比來說也是很重要的。

(3)增加采集照片的掃描時間。通過減慢掃描速度,讓電子束在每個掃描點上停留的時間適當(dāng)增長,從而會增加該點的信息量,提高信噪比,降低圖像中的噪聲。所以,在采集圖像時往往采用慢掃描的方式就是這個道理。但采集時間也不能太長,若時間太長,電子線路的工作點可能會產(chǎn)生漂移,試樣也可能因表面電位的影響而產(chǎn)生漂移,從而容易造成掃描的點或線重復(fù),反而會影響圖像的清晰度和分辨力。


臺式掃描電鏡1.jpg

臺式掃描電鏡

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作者:澤攸科技


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