扫描电镜表面细节分辨能力的根本原因

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扫描电镜表面细节分辨能力的根本原因

扫描电镜成像的基本原理是通过电子枪产生一定量的游离电子，经高压加速获取更大的动能，与样品表面碰撞，产生二次电子和背散射电子信号，经由相关探测器接收，转化成我们直观看到的图像。

那么一个样品最终成像效果优劣的判断依据有哪些呢？

直观的感觉是这张照片好不好看，清不清晰。归根结底就两个特点来决定：

1、照片清晰程度，这一点由分辨率决定；

2、照片的细节呈现，这一点由加速电压和电子束质量决定。

在一定程度上，提高加速电压，是有助于分辨率提升的，但由此带来的副作用就是电子穿透效应，使得样品形貌变得透明化，表面细节虚化，无法辨别，这便成了一个矛盾的选择。所以，一味地提升加速电压来提高照片清晰度，并不是上上策。

好的扫描电镜一般都可以在较低加速电压下获得较高的分辨率，使得用户在分辨率和细节呈现能力上找到一个平衡点。比如场发射扫描电镜，能够在较低加速电压下，得到非常高的分辨率，使得照片分辨率和细节呈现能力两者兼顾。相比于传统钨灯丝电镜，二者间的核心区别就是在于电子枪。

普通钨灯丝选择的是多晶钨丝作为电子发射源，我们可以定义其发射电子的密度为 1 个单位，电子束能量展宽 3 - 4.5 eV；而场发射电镜灯丝选择则是单晶钨丝，其发射电子密度约为 50 单位，电子束能量展宽 0.1 - 0.2 eV；拥有足够密度的电子束，足够小的能量展宽，可以避免对加速电压的依赖，就能够获取到足够的信号，因此在分辨率和细节呈现上得到了平衡，这也是众多用户青睐场发射电镜的根本原因之一。但是，场发射虽好，却并不是人人都能拥有的。动辄两三百万的购置经费，让不少用户望而却步。

有没有一款扫描电镜，能够在分辨率、细节呈现能力和购置成本三大要素中和谐存在呢？市场经验告诉您，飞纳台式扫描电镜可以实现您的愿望。

飞纳台式扫描电镜采用 CeB₆ 晶体灯丝，发射电子的密度约为 10 个单位，是多晶钨灯丝的 10 倍，电子束能量展宽 1-1.5 eV，并且购置成本不足场发射电镜的 1/2，甚至不足其 1/3。这为用户提供了一个高亮度、高成像质量及低成本投入的形貌表征方案。

我们可以观察同一个样品，对比多晶钨灯丝与 CeB6 晶体灯丝在低电压下的细节成像效果：

标称 3 nm 分辨率的钨灯丝扫描电镜在拍摄八面体晶粒的效果：

可以看出，即使在 5 kv、高倍情况下，样品尖角部分透明，表面没有任何细节，中间偏暗，以及放大后可以看到样品边缘的细波纹和噪点。判断出现此情况的原因有：钨灯丝信号不足导致噪点多，信噪比低；电子束质量不好，导致边角变得透亮，而中间灰暗；传统电镜对震动敏感，导致照片容易产生震纹；电子束信号量不足，导致样品表面细节没能分辨出来。

VS 标称 10 nm 分辨率的 CeB₆ 灯丝在拍摄八面体晶粒的效果：

采用高亮度的 CeB₆ 晶体灯丝，看到了与钨灯丝电镜下截然不同的效果。虽然只有 10 nm 的标称分辨率，但与 3 nm 标称分辨率的钨灯丝电镜比较，能获得更多的表面细节，如八面体面上的细节，并不是完全平整的或者没有东西，而是由很多不平整的存在；同时也可以非常清晰地分辨出棱角；将照片放大，可以发现，图像表面不仅没有明显的雪花点，而且也找不到锯齿形震纹。

所以，样品表面细节的呈现能力，并不是仅仅取决于分辨率和加速电压，更关键的是需要有一个高亮度的电子束源、低能量展宽的高质量电子束来获取更多的细节表征。总而言之，是电镜需要一颗强大可靠的心脏——电子枪（灯丝）。