掃描電子顯微鏡sem是一種高分辨率的顯微鏡，利用電子束與樣品相互作用產(chǎn)生的信號(hào)來獲取樣品表面的詳細(xì)信息。該設(shè)備在科學(xué)研究、材料分析、納米技術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。
掃描電子顯微鏡sem的工作原理基于電子光學(xué)系統(tǒng)。它使用聚焦電子束替代了傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡中的光束。電子束由電子槍產(chǎn)生，并通過適當(dāng)?shù)碾妶?chǎng)和磁場(chǎng)進(jìn)行操控和聚焦。樣品表面被電子束轟擊后，產(chǎn)生多種信號(hào)，包括二次電子、反射電子、散射電子等。這些信號(hào)被探測(cè)器捕獲并轉(zhuǎn)化為圖像。
掃描電子顯微鏡sem是非常精密的儀器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要想得到能充分反映物質(zhì)形貌、層次清晰、立體感強(qiáng)和分辨率高的高質(zhì)量圖像仍然是一件非常艱難的事情，本文針對(duì)工作中出現(xiàn)的問題，分析影響圖像質(zhì)量的因素，討論如何根據(jù)樣品選擇觀察條件。
1.加速電壓
該設(shè)備的電子束是由燈絲通電發(fā)熱溫度升高，電子的動(dòng)能增加到大于陽(yáng)離子對(duì)它的吸引力(逸出功)時(shí)，電子就逃逸出去。在緊靠燈絲處裝上有孔的柵極，燈絲尖處于柵孔中心。加速電壓的范圍在1~30kV，其值越大電子束能量越大，反之亦然。
加速電壓的選用視樣品的性質(zhì)(含導(dǎo)電性)和倍率等來選定。當(dāng)樣品導(dǎo)電性好且不易受電子束損傷時(shí)可選用高加速電壓，這時(shí)電子束能量大對(duì)樣品穿透深(尤其是低原子序數(shù)的材料)使材料襯度減小圖像分辨率高。但加速電壓過高會(huì)產(chǎn)生不利因素，電子束對(duì)樣品的穿透能力增大，在樣品中的擴(kuò)散區(qū)也加大，會(huì)發(fā)射二次電子和散射電子甚至二次電子也被散射，多的散射電子存在信號(hào)里會(huì)出現(xiàn)疊加的虛影從而降低分辨率。
2.掃描速度和信噪比
在顯像管的屏幕上電子束每行掃描約2000點(diǎn)，每幀畫面約2000行，每秒鐘掃描25幀。這就意味著每個(gè)點(diǎn)上只停留0.01μs。電子束對(duì)樣品的相互作用以及檢測(cè)器對(duì)這種作用的響應(yīng)很慢，即在0.01us期間每個(gè)點(diǎn)上獲得的信號(hào)很弱，需經(jīng)過放大才能看清，這會(huì)帶來很多的噪音降低信噪比。掃描速度的選擇會(huì)影響所拍攝圖像的質(zhì)量，如果拍圖的速度太快信號(hào)強(qiáng)度很弱。另外由于無規(guī)則信號(hào)的噪音干擾使分辨率下降。如果延長(zhǎng)掃描時(shí)間會(huì)使噪音相互平均而抵消，因此提高信噪比增加畫面的清晰程度。但掃描時(shí)間過長(zhǎng)，電子束滯留在樣品上的時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)，電子束會(huì)使材料變形，降低分辨率甚至出現(xiàn)假象，特別對(duì)生物和高分子樣品，觀察時(shí)掃描速度不能太慢。
3.束斑直徑和工作距離
在SEM中束斑直徑?jīng)Q定圖像的分辨率。束斑的直徑越小圖像的分辨率越高。一般來講束斑直徑的大小是由電子光學(xué)系統(tǒng)來控制，并同末級(jí)透鏡的質(zhì)量有關(guān)。因此為獲得高的圖像分辨率則束斑直徑要小，同時(shí)需要采用小的工作距離。如果探針電流過高，電子束斑縮小過度，圖像中就容出現(xiàn)噪聲。如果要觀察高低不平的樣品表面，要求很高的焦深，則需要采用大的工作距離，同時(shí)需要注意，圖像的分辨率會(huì)明顯降低。
4.探針電流
探針電流直接影響到束斑直徑、圖像信號(hào)強(qiáng)度、分辨率以及圖像清晰及失真程度等參數(shù)，而這些參數(shù)間又存在矛盾。電流越大電子束的束斑直徑越小，使分辨率增大，景深也增大。但是信號(hào)弱時(shí)，亮度有時(shí)會(huì)顯得不足、信噪比降低。對(duì)于一些高分子材料、生物樣品或一些不導(dǎo)電的樣品采用較大的探針電流，產(chǎn)生的電荷不能及時(shí)擴(kuò)散遷移而形成積累，因而產(chǎn)生放電現(xiàn)象，難以得到高質(zhì)量的形貌圖片；但是如果探針電流過小，會(huì)由于二次電子的信號(hào)較弱，本底雜散信號(hào)影響比較大，分辨率會(huì)下降，在高倍率下影響嚴(yán)重。因此探針電流選擇的原則是在反差和亮度滿足正常的情況下，加大探針電流，以便得到zui高的分辨率和較大的景深范圍。但是對(duì)于低倍率觀察圖像時(shí)要求豐富的層次結(jié)構(gòu)為主，需要采用小一點(diǎn)的探針電流。
5.象散校正
消象散器實(shí)際上是針對(duì)各種因素而造成的電子束束斑彌散圓，對(duì)于非對(duì)稱造成的軸上象散都可以用消象散器來校正。
總之，掃描電子顯微鏡sem是一種強(qiáng)大的工具，能夠提供樣品表面的高分辨率圖像和詳細(xì)信息。它在科學(xué)研究、材料分析和納米技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，并不斷推動(dòng)著人類對(duì)微觀世界的認(rèn)知進(jìn)程。
