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近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展和材料尺寸的不斷縮小，掃描電鏡（SEM）已經(jīng)成為一種非常有價(jià)值的表征方法。SEM作為一種通用的工具，方便用戶(hù)可以對(duì)各種各樣的材料進(jìn)行多種不同類(lèi)型的分析。為獲得更好的結(jié)果，用戶(hù)應(yīng)該仔細(xì)設(shè)定SEM參數(shù)。其中一個(gè)設(shè)置是束斑直徑，即照射在樣品上的電子束直徑。在這篇博客中，闡述了如何在SEM中調(diào)整束斑直徑，以及如何在高分辨率成像和大束流之間實(shí)現(xiàn)平衡，以獲得*結(jié)果。

如何在SEM下調(diào)整束斑直徑

描述SEM中電子束性質(zhì)的四個(gè)主要參數(shù)如圖1所示:

1. 使電子在電鏡腔室中運(yùn)動(dòng)的加速電壓
2. 電子束的會(huì)聚角
3. 轟擊樣品的電子束流大小
4. 到達(dá)樣品表面的zui終束斑直徑。

圖1：SEM中電子束的四個(gè)主要參數(shù)：加速電壓、會(huì)聚角、電子束流和束斑直徑

在現(xiàn)代SEM中，用戶(hù)可以控制電子束的大小。這主要是通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的會(huì)聚鏡和物鏡，選擇不同大小的孔徑光闌來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

電子流經(jīng)電磁透鏡（由極靴內(nèi)部的線圈組成），操作者可以通過(guò)調(diào)節(jié)加載在透鏡上的電流來(lái)控制電子的路徑。此外，束斑直徑取決于加速度電壓（高加速電壓減小斑點(diǎn)尺寸），工作距離（距離越大，束斑直徑越大），以及物鏡光闌（較小的光闌產(chǎn)生較小的束斑直徑）。

然而，實(shí)際上電子束斑的大小是一個(gè)控制和預(yù)測(cè)起來(lái)非常復(fù)雜的參數(shù)，因?yàn)樗蕾?lài)于許多（相互關(guān)聯(lián)的）因素。描述束斑直徑涉及到電子槍的高斯直徑、末級(jí)光闌的衍射效應(yīng)、色差和電磁透鏡引起的球面像差。

如果再看下圖1，為了在樣品試樣表面上有一個(gè)較小的束斑直徑和足夠的電流，用戶(hù)只需增加電子束的會(huì)聚角。然而，這將增加掃描電鏡中光學(xué)元件的像差，從而拓寬光束。因此，要想準(zhǔn)確地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，必須了解不同的參數(shù)是如何影響電子束的特性，并權(quán)衡它們之間的利弊。

高分辨率成像與大束流

影響分辨率的主要因素是束斑直徑。為了獲得高分辨率的圖像，應(yīng)該盡可能地保持更小的束斑直徑，以便能夠闡釋和描述樣品更小的特征。

另一方面，對(duì)于高信噪比和高對(duì)比度分辨率，電子束擁有足夠的束電流也是很重要的。由于減少了束斑大小的同時(shí)也減少了束電流，用戶(hù)需要判斷和選擇他們目標(biāo)預(yù)期的設(shè)置。

一般來(lái)說(shuō)，如果需要高倍率的圖像，那么束斑直徑的大小應(yīng)該保持zui小。如果用戶(hù)只需要低放大率成像，那么就建議增加束斑直徑尺寸，這樣圖像就會(huì)產(chǎn)生更多的電子信號(hào)，看起來(lái)更清晰。

圖2，您可以觀察到在低放大率下獲得的圖像，但是較大的束斑直徑看起來(lái)更明亮和平滑。然而，隨著放大倍率的增加，當(dāng)需要高分辨率成像時(shí)，用戶(hù)應(yīng)該切換到較小的束斑直徑，以得到好的圖像。

此外，更大的束斑直徑——導(dǎo)致更大的電子束電流——增加了樣品的損害，這種現(xiàn)象應(yīng)該被考慮進(jìn)去，尤其是在對(duì)電子束敏感的樣品進(jìn)行成像的時(shí)候。

圖2:錫球的SEM圖像a）大光斑b）小光斑。在左邊顯示的是低放大倍率圖像，顯示在右邊的是他們各自在高倍率放大下的圖像。在低倍率鏡下，采用大束流（a）。在高倍率放大圖像的情況下，使用較小的束斑直徑使用戶(hù)獲得更好的空間分辨率。

掃描電鏡是一種神奇的工具，有數(shù)不清的應(yīng)用。然而，重要的一點(diǎn)是，操作者必須清楚地知道自己的需求——以及束斑直徑、電子束流和加速電壓是如何影響成像質(zhì)量的。因此，為實(shí)驗(yàn)選擇*參數(shù)是至關(guān)重要的。