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國產(chǎn)電鏡掃描電鏡SEM分辨率的影響因素

更新時間:2024-01-23      點(diǎn)擊次數(shù):2369
  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(shù),20-20萬倍之間連續(xù)可調(diào);
 ?、谟泻艽蟮木吧睿曇按?,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);
 ?、墼嚇又苽浜唵?。

 

  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(10~100nm左右),只有在表層50~100nm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 000nm或l0000nm以上不等。
  2、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。
  3、景深
  景深是指焦點(diǎn)前后的一個距離范圍,該范圍內(nèi)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(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。
  4、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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