SEM扫描电镜成像质量影响因素

文章来源:杰星科技 人气: 发表时间:2021-02-20

  文中详细介绍危害透射电镜图像品质的要素以及对图像品质的危害,各自从加速工作电压、扫描仪速率和频率稳定度、束斑直徑、探针电流量、消像散校准、工作中间距及其差距比照等剖析图像品质的转变缘故,明确提出提升图像品质的方式。

 

  扫描仪透射电镜是(ScanningElectronMicroscope,SEM)是20新世纪30时代中后期发展趋势起來的一种多用途的电子显微分析仪。SEM以其样品制取简易、图像视线大、景深效果长、图像层次感强,且能接受和剖析电子器件与样品相互影响后造成的绝大多数信息内容,因此在科学研究和工业生产等各行各业获得广泛运用

 

  可是透射电镜是十分高精密的仪器设备,构造繁琐,要想要能充分体现化学物质外貌、层级清楚、层次感强和分辨率高的高品质图像依然是一件十分艰辛的事儿,文中对于工作上发生的难题,剖析危害图像品质的要素,探讨怎样依据样品挑选zui佳观查标准。

 

  1.加速工作电压

 

  透射电镜的电子束是由钨丝插电发热温度上升,当灯丝做到日趋激烈,电子器件的机械能提升到超过正离子对它的诱惑力(逸出功)时,电子器件就肇事逃逸出来。在紧贴钨丝处装上面有孔的栅极(也叫韦氏盖),钨丝尖处在栅孔管理中心。栅极上100~1000V的负静电场,使钨丝的电子器件发送做到一定水平时,不会再能再次随溫度提升而提升,即做到空间电荷的饱和状态(这类说法是不正确的)。离去栅极一定间距有一个管理中心有孔的阳极氧化,在阳极氧化和负极间加有一个很高的正工作电压称之为加速工作电压[1],它使电子束加速而得到动能。加速工作电压的范畴在1~20kV,其值越大电子束动能越大,相反也是。

 

  加速工作电压的采用视样品的特性(含导电率)和倍数等来选中。当样品导电率好且不容易受电子束损害时可采用高加速工作电压,这时候电子束动能大对样品透过深(尤其是低质量数的原材料)使原材料衬度减少图像分辨率高。但加速工作电压过过高造成不利条件,电子束对样品的透过工作能力扩大,在样品中的外扩散区也增加,会发送二次电子和透射电子器件乃至二次电子也被透射,多的透射电子器件存有数据信号里会发生累加的重影进而减少分辨率。

 

  图1各自加速工作电压为1kV,10kV,20kV的SEM像

 

  当样品导电率差时,又麻烦喷碳喷金,还需储存样品原状的这种样品非常容易造成蓄电池充电效用,样品电池充电区的细微电势差会导致电子束散掉使束斑扩张进而危害分辨率。另外表层负静电场对出射电子器件造成抵触功效,更改电子器件的倾斜角,进而使图像不稳定造成挪动移位,乃至使表层关键点没办法展现,加速工作电压越高这类状况越比较严重,这时采用低加速工作电压以降低充、充放电状况,提升图像的分辨率。

 

  2.扫描仪速率和频率稳定度

 

  在显象管的显示屏上电子束每排扫描仪约2000点,每帧界面约2000行,每秒扫描仪25帧。这就代表着每一个点上只滞留0.01μs[2]。电子束对样品的相互影响及其探测器对这类功效的回应比较慢,即在0.01us期内每一个点上得到的数据信号太弱,需历经变大才可以认清,这会产生许多的噪声减少频率稳定度。扫描仪速率的挑选会危害所拍攝图像的品质,假如拍图的速率太快接收灵敏度太弱。此外因为无规律数据信号的噪声影响使分辨率降低。假如增加扫描时间会使噪声互相均值而相抵,因而提升频率稳定度提升界面的清楚水平。但扫描时间太长,电子束停留在样品上的時间便会增加,电子束会使原材料形变,减少分辨率乃至发生错觉,尤其对微生物和高分子材料样品,观查时扫描仪速率不可以很慢。

 

  3.束斑直徑和工作中间距

 

  在SEM中束斑直徑决策图像的分辨率。束斑的直徑越小图像的分辨率越高。一般来讲束斑直徑的尺寸是由光电子器件系统软件来操纵,并同末级镜片的品质相关。假如考虑到末级镜片所造成的各种各样相距,则具体照射试件上的束斑直徑d为[3]d2=d02ds2dc2df2(1)式中,d0高斯函数斑直徑;ds因为镜片球象差造成的电子器件探针的懒散圆直径;dc因为镜片偏色所造成电子器件探针的懒散圆直径;df因为透射效用所导致电子器件探针的懒散圆直径。在扫描仪透射电镜的工作中标准下:ds>>dc,df。因而公式计算(1)能够类似为:d2=d02ds2。由于d0与同末级镜片的励磁电相关,而后面一种又与工作中间距WD相关。WD越小,规定末级镜片的励磁电愈大,相对的d0愈小。除此之外针对一定品质的镜片而言,球象差指数也是同工作中间距WD相关,WD愈小相对的Cs(镜片的球象差指数)也愈小。因而为得到高的图像分辨率则束斑直徑要小,另外必须选用小的工作中间距。假如探针电流量过高,电子束斑变小过多,图像中就容发生噪音。假如要观查凹凸不平的样品表层,规定很高的相对孔径,则必须选用大的工作中间距,另外必须留意,图像的分辨率会显著降低。

 

  4.探针电流量

 

  探针电流量立即危害到束斑直徑、图像接收灵敏度、分辨率及其图像清楚及失帧水平等主要参数,而这种主要参数间又存有分歧。电流量越大电子束的束斑直徑越小,使分辨率扩大,景深效果也扩大。可是数据信号弱时,色度有时候会看起来不够、频率稳定度减少。针对一些纤维材料、微生物样品或一些不导电性的样品选用很大的探针电流量,造成的正电荷不可以立即外扩散转移而产生累积,因此造成充放电状况,无法获得高品质的外貌照片;可是假如探针电流量过小,会因为二次电子的数据信号较差,本底杂散数据信号危害较为大,分辨率会降低,在聚合物电芯下危害比较严重。因而探针电流量挑选的标准是在差距和色度达到一切正常的状况下,增加探针电流量,便于获得zui高的分辨率和很大的景深效果范畴。可是针对低倍数观查图像时规定丰富多彩的结构分析为主导,必须选用小一点的探针电流量。

 

  5.象散校准

 

  消象散器事实上是对于多种要素而导致的电子束束斑弥漫圆,针对非对称加密导致的轴上象散都能够用消象散器来校准。

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