掃描電子顯微鏡成像影響因素
掃描電子顯微鏡（SEM）是1930年代中期發展起來的一種多功能電子顯微分析儀器。掃描電鏡因其制樣簡單、像場大、景深長、圖像立體效果強，能夠接收和分析人與人之間相互作用產生的大部分信息，被廣泛應用于科研、工業等各個領域。電子和樣品。
但掃描電子顯微鏡是一種非常精密的儀器，結構復雜。獲得能夠充分反映材料形狀、層次清晰、立體感強、分辨率高的高質量圖像仍然是一項非常艱巨的任務。本文重點介紹工作中出現的問題。分析影響圖像質量的因素，討論如何根據樣品選擇*佳觀察條件。
1.加速電壓
掃描電子顯微鏡的電子束由燈絲激發以加熱溫度。當鎢絲達到白熱時，電子的動能增加到大于陽離子對其的吸引力（功函數），電子逃逸出去。靠近燈絲處安裝有帶孔的網格（也稱為韋氏蓋），燈絲位于網格孔的中心。柵極上100~1000V的負電場使燈絲的電子發射達到一定水平，不再隨溫度升高而繼續增加，即達到空間電荷飽和（此公式為錯誤的）。在距柵極一定距離的中心有一個帶孔的陽極。在陽極和陰極之間加入一個非常高的正電壓，稱為加速電壓[1]，它使電子束加速以獲得能量。加速電壓范圍為1~30kV。該值越大，電子束的能量越大，反之亦然。
加速電壓的選擇取決于樣品的性質（包括電導率）和放大倍數。當樣品具有良好的導電性且不易被電子束損壞時，可采用較高的加速電壓。此時，電子束能量大，穿透樣品較深（尤其是原子序數低的材料），降低了材料對比度和高圖像分辨率。但是，如果加速電壓過高，則會造成不利因素。電子束對樣品的穿透能力會增加，樣品中的擴散面積也會增加。會發射二次電子和散射電子，甚至二次電子也會被散射。電子存在信號中會疊加重影，降低分辨率。
當樣品導電性較差時，不方便噴碳、噴金，需要保持樣品的原貌。這類樣品容易產生充放電效應，樣品充電區有微小的電位置差異會導致電子束擴散并擴大束斑，從而損害分辨率。同時，表面的負電場排斥入射電子，改變電子的入射角，使圖像不穩定，引起運動和錯位，甚至使表面細節無法顯示。加速電壓越高，這種現象越嚴重。此時，使用低加速電壓。以減少充放電現象，提高圖像的分辨率。
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個點，屏幕每幀約2000行，每秒掃描25幀。這意味著只有 0.01μs 停留在每個點 [2]。電子束與樣品的相互作用以及檢測器對這種效應的響應都很慢，即0.01us內每個點得到的信號很微弱，需要放大才能看清楚，這會帶來很大的降噪效果。噪聲比。掃描速度的選擇會影響所捕獲圖像的質量。如果圖像拍攝太快，信號強度會很弱。此外，由于不規則信號的噪聲干擾，分辨率會降低。如果延長掃描時間，噪聲會被均衡并相互抵消，因此提高信噪比可以提高畫面的清晰度。但是，如果掃描時間過長，電子束會在樣品上停留更長的時間。電子束會使材料變形，降低分辨率，甚至產生偽影。特別是對于生物和高分子樣品，觀察時掃描速度不能太慢。
3. 光斑直徑和工作距離
在 SEM 中，束斑直徑決定了圖像的分辨率。束斑直徑越小，圖像的分辨率越高。一般來說，光斑直徑的大小由電子光學系統控制，關系到*終透鏡的質量。如果考慮*終透鏡產生的各種相位差，則實際照射到樣品上的束斑直徑 d 為 [3]d2=d02+ds2+dc2+df2 (1) 其中 d0 為高斯光斑直徑； ds 是由于透鏡球差引起的電子探針漫射圓的直徑；直流中透鏡色差引起的電子探針漫射圓的直徑；由df的衍射效應引起的電子探針擴散圓的直徑。掃描電鏡工作條件下：ds>>dc,df。因此，公式（1）可以近似為：d2=d02+ds2。因為d0與同一個*終透鏡的激勵電流有關，后者與工作距離WD有關。 WD越小，要求*終透鏡的激勵電流越大，對應的d0越小。另外，對于一定質量的鏡頭，球面像差該系數還與工作距離WD有關，WD越小，對應的Cs（鏡頭的球差系數）就越小。因此，為了獲得較高的圖像分辨率，束斑直徑必須小，并且必須使用小的工作距離。如果探針電流太高，電子束光斑縮小太多，圖像中就會出現噪聲。如果要觀察樣品表面凹凸不平，需要高焦深，則需要使用較大的工作距離。同時，您需要注意圖像的分辨率會顯著降低。
4. 探頭電流
探針電流直接影響束斑直徑、圖像信號強度、分辨率、圖像清晰度和畸變等參數，這些參數之間存在矛盾。電流越大，電子束的束斑直徑越小，從而增加分辨率和景深。但是當信號弱時，有時會出現亮度不足，信噪比下降。對于一些高分子材料、生物樣品或一些不導電的樣品，當使用較大的探針電流時，產生的電荷不能及時擴散遷移形成積累，從而產生放電現象，難以檢測獲取高質量的地形圖；如果針電流太小，二次電子的信號會變弱，對背景雜散信號的影響更大，分辨率會下降，在高倍放大下會受到嚴重影響。因此，探頭電流選擇的原則是在對比度和亮度滿足正常條件時增加探頭電流，以獲得*高分辨率和更大的景深范圍。然而，對于低倍圖像觀察，主要需要豐富的層次結構，需要更小的探針電流。
5.散光矯正
像散實際上是各種因素引起的電子束斑的色散圓。由不對稱引起的軸上的散光可以通過散光來校正。
