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如何控制掃描電鏡成像中的充電效應(yīng)

日期:2024-10-31

掃描電鏡(SEM)成像中,充電效應(yīng)是指電子束照射在非導(dǎo)電樣品表面時(shí),部分電子無(wú)法被導(dǎo)出,導(dǎo)致電荷累積,引發(fā)圖像偽影、對(duì)比度失真、漂移等問題。有效控制充電效應(yīng)可以通過以下幾種方法:

1. 降低加速電壓

原理:低加速電壓(1-5 kV)會(huì)減少電子束的穿透深度,使電子在樣品表面的停留時(shí)間更短,降低充電的積累。

方法:在樣品材質(zhì)允許的情況下,逐步降低加速電壓至高質(zhì)量成像。較低的電壓不僅減少了充電效應(yīng),還能獲得表面細(xì)節(jié)更清晰的圖像。

2. 使用環(huán)境掃描電鏡(ESEM)

原理:環(huán)境掃描電鏡在樣品腔室內(nèi)保留少量氣體(如水蒸氣、氮?dú)猓?,電子束與氣體分子碰撞產(chǎn)生的二次電子與樣品電荷相互中和,減弱充電效應(yīng)。

方法:在ESEM中使用低氣壓(通常幾百帕)來提供中和電荷的環(huán)境,不僅可以觀察非導(dǎo)電樣品,還能避免金屬鍍層的使用。

3. 鍍導(dǎo)電層

原理:在非導(dǎo)電樣品表面鍍一層薄的導(dǎo)電材料(如金、鉑、碳),使電子束與樣品之間的電荷得以導(dǎo)出。

方法:使用噴鍍或蒸鍍的方法在樣品上形成厚度為幾納米的導(dǎo)電膜。選擇導(dǎo)電層的材料時(shí),通常根據(jù)樣品的敏感性來選擇低原子序數(shù)(如碳)或高原子序數(shù)(如金)的材料,以減少對(duì)樣品本身特性的影響。

4. 增加電子束的掃描速度

原理:加快電子束在樣品表面的掃描速度,減少每個(gè)像素點(diǎn)的曝光時(shí)間,能減輕充電的累積。

方法:選擇較高的掃描速度或較低的幀數(shù)采集圖像。雖然圖像質(zhì)量可能稍微降低,但充電效應(yīng)會(huì)明顯減弱,特別適合初步觀察和定位樣品。

5. 調(diào)整樣品的傾斜角度

原理:適當(dāng)傾斜樣品可以增加部分二次電子和反射電子的逃逸幾率,從而減少表面電荷的累積。

方法:在SEM樣品臺(tái)上將樣品傾斜一定角度(如15°到45°),優(yōu)化成像效果的同時(shí),降低充電效應(yīng)。但需要注意傾斜角度會(huì)影響圖像比例,應(yīng)調(diào)整參數(shù)以適應(yīng)變化。

6. 使用低電流模式

原理:降低電子束的電流(降低束流)可減少單位時(shí)間內(nèi)注入樣品的電荷量,從而控制充電效應(yīng)。

方法:在掃描電鏡設(shè)置中選擇低電流模式,調(diào)節(jié)束流至最小化充電偽影的電流水平。

7. 使用充電中和系統(tǒng)(如果電鏡配備有該功能)

原理:一些現(xiàn)代SEM配備充電中和系統(tǒng),通過注入低能電子或氣體離子來中和樣品表面的正電荷。

方法:根據(jù)儀器的操作手冊(cè),激活充電中和系統(tǒng),并調(diào)整中和電子或離子注入量至適合成像的水平。

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作者:澤攸科技


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