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【材料课堂】扫描电镜SEM分辨率的影响因素

基础知识 mse_material 912阅读 扫描二维码

扫描电镜的优点

①有较高的放大倍数,20-20万倍之间连续可调;

②有很大的景深,视野大,成像富有立体感,可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构;

③试样制备简单。

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影响扫描电镜(SEM)的几大要素

 分辨率

影响扫描电镜的分辨本领的主要因素有:

A. 入射电子束束斑直径:为扫描电镜分辨本领的极限。一般,热阴极电子枪的最小束斑直径可缩小到6nm,场发射电子枪可使束斑直径小于3nm。

B. 入射电子束在样品中的扩展效应:扩散程度取决于入射束电子能量和样品原子序数的高低。入射束能量越高,样品原子序数越小,则电子束作用体积越大,产生信号的区域随电子束的扩散而增大,从而降低了分辨率.

C.  成像方式及所用的调制信号:当以二次电子为调制信号时,由于其能量低(小于50 eV),平均自由程短(10~100  nm左右),只有在表层50~100 nm的深度范围内的二次电子才能逸出样品表面,  发生散射次数很有限,基本未向侧向扩展,因此,二次电子像分辨率约等于束斑直径。当以背散射电子为调制信号时,由于背散射电子能量比较高,穿透能力强,可从样品中较深的区域逸出(约为有效作用深度的30%左右)。在此深度范围,入射电子已有了相当宽的侧向扩展,所以背散射电子像分辨率要比二次电子像低,一般在500~2000nm左右。如果以吸收电子、X射线、阴极荧光、束感生电导或电位等作为调制信号的其他操作方式,由于信号来自整个电子束散射区域,所得扫描像的分辨率都比较低,一般在l 000 nm或l0000nm以上不等。

 放大倍数

扫描电镜的放大倍数可表示为M =Ac/As式中,Ac—荧光屏上图像的边长;As—电子束在样品上的扫描振幅。一般地,Ac 是固定的(通常为100 mm),则可通过改变As  来改变放大倍数。目前,大多数商品扫描电镜放大倍数为20~20,000倍,介于光学显微镜和透射电镜之间,即扫描电镜弥补了光学显微镜和透射电镜放大倍数的空挡。

   景  深

景深是指焦点前后的一个距离范围,该范围内所有物点所成的图像符合分辨率要求,可以成清晰的图像;也即,景深是可以被看清的距离范围。扫描电子显微镜的景深比透射电子显微镜大10倍,比光学显微镜大几百倍。由于图像景深大,所得扫描电子像富有立体感。电子束的景深取决于临界分辨本领d0和电子束入射半角αc。其中,临界分辨本领与放大倍数有关,因人眼的分辨本领约为0.2 mm, 放大后,要使人感觉物像清晰,必须使电子束的分辨率高于临界分辨率d0  :电子束的入射角可通过改变光阑尺寸和工作距离来调整,用小尺寸的光阑和大的工作距离可获得小的入射电子角。

 衬  度

包括:表面形貌衬度和原子序数衬度。表面形貌衬度由试样表面的不平整性引起。原子序数衬度指扫描电子束入射试祥时产生的背散射电子、吸收电子、X射线,对微区内原子序数的差异相当敏感。原子序数越大,图像越亮。二次电子受原子序数的影响较小。高分子中各组分之间的平均原子序数差别不大;所以只有—些特殊的高分子多相体系才能利用这种衬度成像。

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