如何控制掃描電鏡成像中的充電效應
日期：2024-10-31
在掃描電鏡（SEM）成像中，充電效應是指電子束照射在非導電樣品表面時，部分電子無法被導出，導致電荷累積，引發圖像偽影、對比度失真、漂移等問題。有效控制充電效應可以通過以下幾種方法：
1. 降低加速電壓
原理：低加速電壓（1-5 kV）會減少電子束的穿透深度，使電子在樣品表面的停留時間更短，降低充電的積累。
方法：在樣品材質允許的情況下，逐步降低加速電壓至高質量成像。較低的電壓不僅減少了充電效應，還能獲得表面細節更清晰的圖像。
2. 使用環境掃描電鏡（ESEM）
原理：環境掃描電鏡在樣品腔室內保留少量氣體（如水蒸氣、氮氣），電子束與氣體分子碰撞產生的二次電子與樣品電荷相互中和，減弱充電效應。
方法：在ESEM中使用低氣壓（通常幾百帕）來提供中和電荷的環境，不僅可以觀察非導電樣品，還能避免金屬鍍層的使用。
3. 鍍導電層
原理：在非導電樣品表面鍍一層薄的導電材料（如金、鉑、碳），使電子束與樣品之間的電荷得以導出。
方法：使用噴鍍或蒸鍍的方法在樣品上形成厚度為幾納米的導電膜。選擇導電層的材料時，通常根據樣品的敏感性來選擇低原子序數（如碳）或高原子序數（如金）的材料，以減少對樣品本身特性的影響。
4. 增加電子束的掃描速度
原理：加快電子束在樣品表面的掃描速度，減少每個像素點的曝光時間，能減輕充電的累積。
方法：選擇較高的掃描速度或較低的幀數采集圖像。雖然圖像質量可能稍微降低，但充電效應會明顯減弱，特別適合初步觀察和定位樣品。
5. 調整樣品的傾斜角度
原理：適當傾斜樣品可以增加部分二次電子和反射電子的逃逸幾率，從而減少表面電荷的累積。
方法：在SEM樣品臺上將樣品傾斜一定角度（如15°到45°），優化成像效果的同時，降低充電效應。但需要注意傾斜角度會影響圖像比例，應調整參數以適應變化。
6. 使用低電流模式
原理：降低電子束的電流（降低束流）可減少單位時間內注入樣品的電荷量，從而控制充電效應。
方法：在掃描電鏡設置中選擇低電流模式，調節束流至最小化充電偽影的電流水平。
7. 使用充電中和系統（如果電鏡配備有該功能）
原理：一些現代SEM配備充電中和系統，通過注入低能電子或氣體離子來中和樣品表面的正電荷。
方法：根據儀器的操作手冊，激活充電中和系統，并調整中和電子或離子注入量至適合成像的水平。
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作者：澤攸科技