深入研究如何選擇掃描電鏡

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，掃描電鏡（scanning electron microscope，簡(jiǎn)寫SEM）已成為檢測(cè)固體物質(zhì)的重要手段。利用電子顯微術(shù)力觀察到更微小的物體結(jié)構(gòu)，甚至單個(gè)原子；力求從試樣上得到更多的信息，以便對(duì)其進(jìn)行各種研究。

掃描電鏡具有分辨能力高，景深長(zhǎng)，視野大，成像富有立體感，可以直接觀察樣品凹凸不平的表面，例如金屬斷口，催化劑表面，無(wú)機(jī)非金屬材料的形貌等等。用掃描電鏡還可以進(jìn)行電子通道花樣分析，從而研究試樣微區(qū)的晶體學(xué)位向，晶體對(duì)稱性，應(yīng)變稱度和位錯(cuò)密度等問(wèn)題。

在 SEM 的選購(gòu)過(guò)程中，主要有以下幾項(xiàng)性能參數(shù)需要注意：

1. 放大倍率

與普通光學(xué)顯微鏡不同，在 SEM 中，是通過(guò)控制掃描區(qū)域的大小來(lái)控制放大倍率的。如果需要更高的放大率，只需要掃描更小的一塊面積就可以了。放大率由屏幕/照片面積除以掃描面積得到。所以 SEM 中，透鏡與放大率無(wú)關(guān)。

2. 場(chǎng)深

在 SEM 中，位于焦平面上下的一小層區(qū)域內(nèi)的樣品都可以得到良好的會(huì)焦而成像。這一小層的厚度稱為場(chǎng)深，通常為幾納米厚，所以，SEM可以用于納米級(jí)樣品的三維成像。

3. 作用體積

電子束不僅僅與樣品表層原子發(fā)生作用，它實(shí)際上與一定厚度范圍內(nèi)的樣品原子發(fā)生作用，所以存在一個(gè)作用“體積"。作用體積的厚度因信號(hào)的不同而不同：

歐革電子：0.5-2 納米

次級(jí)電子：5λ，對(duì)于導(dǎo)體，λ=1納米；對(duì)于絕緣體，λ=10納米

背散射電子：10倍于次級(jí)電子

特征 X 射線：微米級(jí)

X 射線連續(xù)譜：略大于特征 X 射線，也在微米級(jí)

4. 工作距離

工作距離指從物鏡到樣品最高點(diǎn)的垂直距離。如果增加工作距離，可以再其他條件不變的情況下獲得更大的場(chǎng)深。如果減少工作距離，則可以在其他條件不變的情況下獲得更高的分辨率。通常使用的工作距離在5mm-mm之間。

5. 成像

次級(jí)電子和背散射電子可以用于成像，但后者不如前者，所以通常使用次級(jí)電子。

6. 表面分析

歐革電子、特征 X 射線、背散射電子的產(chǎn)生過(guò)程均與樣品原子性質(zhì)有關(guān)，所以可以用于成分分析。但由于電子束只能穿透樣品表面很淺的一層（參見作用體積），所以只能用于表面分析。表面分析以特征 X 分析較為常用，所用到的探測(cè)器有兩種：能譜分析儀與波普分析儀。前者速度快但精度不高，后者非常精確，可以檢測(cè)到“痕跡元素"的存在但耗時(shí)太長(zhǎng)。