扫描电镜成像的影响因素

扫描电镜已广泛用于材料科学(金属材料、非金属材料、纳米材料)、冶金、生物学、医学、半导体材料与器件、地质勘探、病虫害的防治、灾害(火灾、失效分析)鉴定、刑事侦察、宝石鉴定、工业生产中的产品质量鉴定等领域。

如何评价扫描电镜成像图片质量?

可以从如下几个方面来考量:

1.分辨率高,显微结构清晰可辨

图1分辨率对图像的影响

2.衬度适中,图像中无论黑区或白区的细节都能看清楚

3.信噪比好,没有明显的雪花状噪声

图2.信噪比对图像的影响

4.景深好,图像没有局域的欠焦或过焦现象

图3.景深对图像的影响

5.真实,图片所展示的是真实的样品形貌和结构

图4.加速电压对样品的损伤造成图像失真

影响扫描电镜成像的关键因素

◆电子枪的种类:场发射、LaB6或钨灯丝的电子枪

图4.不同种类电子枪对比

◆电镜的像差:球差、色差、像散、衍射差

球差:透镜对远离/靠近光轴部分电子的折射能力不同引起,消除方法:1)降低球差系数Cs;2)小孔光阑遮挡外围射线。

色差:电子能量不同引起,消除方法:提高加速电压和透镜电流的稳定度、减小光阑孔径。

衍射差:电子波动性和物镜光阑引起,可通过提高加速电压,选用大孔径光阑消除。

像散:磁线圈加工误差引起,需加装消像散器。

◆电磁透镜的型式:内透镜、外透镜、半内透镜

图5.不同物镜的比较

◆环境因素:振动、磁场、噪音、接地

电镜实验室环境对电镜的最终成像有重要影响,尤其是地基振动、杂散磁场以及接地电阻等。

杂散磁场和低频振动会影响信号电子的运动轨迹,造成电子束畸变,使图像轮廓粗糙,出现尖角和毛刺,亮度不稳定,甚至出现干扰条纹。

对于高分辨的场发射扫描电镜,在高倍下观察时大声说话或者机械噪声都会对图像产生干扰。

◆操作条件:加速电压、工作电流、电子束合轴、物镜光阑、扫描速率、样品处理、真空度等

操作条件的选择是否合适是影响扫描电镜成像的最重要的因素,不同设置条件对图片质量的影响是相互关联的,只有在不同操作条件下寻找最合适的参数组合才能获得高质量的图片。因此对电镜工程师的技术和经验依赖性高。

图6.操作条件对成像的影响

永清石墨烯研究院检测中心简介

检测中心围绕石墨烯和新能源材料相关实验和检测分析搭建实验室业务能力,涵盖材料微观形貌、热学性能、理化性能、力学性能和电池电性能等检测项目,满足企业大部分研发、中试检测需求。检测认证中心通过CNAS认可实验室认证,实验室面积达1600m2,配备日立冷场发射扫描电子显微镜、耐驰激光导热分析仪、梅特勒同步热分析仪等180多台套仪器设备。检测中心秉持“公正、诚信、科学、高效”的原则,竭诚为国内外企业和高校科研院所提供高质量的检测服务。