掃描電鏡成像原理

掃描電鏡成像原理
掃描成像原理如下圖所示，電子槍1（鎢絲槍或LaB6槍或場(chǎng)發(fā)射槍等）發(fā)射一束電子，這就是電子源，其最少截面的直徑為d0，對(duì)鎢絲槍而言大約為20～50μm （場(chǎng)發(fā)射槍大約為10～20nm ) ，這個(gè)小束斑經(jīng)3 和5 兩級(jí)聚光鏡進(jìn)一步縮小幾百倍，最后再經(jīng)物鏡縮小并聚焦在樣品面上，這時(shí)束斑10 直徑最小可到3～6nm （約小于掃描電鏡的分辨本領(lǐng)），電子束打在樣品上，就產(chǎn)生上節(jié)所述的各種信號(hào)。二次電子和背散射電子信號(hào)是最常用的兩種信號(hào)，尤其是二次電子。信號(hào)由接收器取出，經(jīng)光電倍增器和電子放大器放大后，作為視頻信號(hào)去調(diào)制高分辨顯示器的亮度，因此顯示器上這一點(diǎn)的亮度與電子束打在樣品上那一點(diǎn)的二次電子發(fā)射強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)。由于樣品上各點(diǎn)形貌等各異，其二次電子發(fā)射強(qiáng)度不同，因此顯示器屏上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)的亮度也不同。用同一個(gè)掃描發(fā)生器產(chǎn)生幀掃和行掃信號(hào)，同時(shí)去控制顯示的偏轉(zhuǎn)器和鏡筒中的電子束掃描偏轉(zhuǎn)器，使電子束在樣品表面上與顯示器中電子束在熒光屏上同步進(jìn)行幀掃和行掃，產(chǎn)生相似于電視機(jī)上的掃描光柵。這兩個(gè)光柵的尺寸比就是掃描電鏡的放倍數(shù)。在顯示器屏幕光柵上的圖像就是電子束在樣品上所掃描區(qū)域的放大形貌像。圖像中亮點(diǎn)對(duì)應(yīng)于樣品表面上突起部分，暗點(diǎn)表示凹的部分或背向接收器的陰影部分。由于顯示器屏幕上掃描尺寸是固定的，如14in (1in = 25.4mm）顯示器的掃描面積是267×200mm2，在放大倍數(shù)為十萬(wàn)倍時(shí)樣品面上的掃描面積為2.67×2 μm2如放大倍數(shù)為20 倍時(shí)，則為13.35×10mm2。因此改變電子束掃描偏轉(zhuǎn)器的電流大小，就可改變電子束在樣品上的掃描尺寸，從而改變掃描電鏡的放大倍數(shù)。



　　掃描電鏡的分辨本領(lǐng)一般指的是二次電子像的空間分辨本領(lǐng)，它是在高放大倍數(shù)下，人們能從照片中分清兩相鄰物像的最小距離。通常是用兩物像邊緣的最小距離來(lái)計(jì)算。但照片放大近十萬(wàn)倍后，邊緣輪廓往往不十分清晰敏銳，難以測(cè)量準(zhǔn)確�，F(xiàn)在多數(shù)人喜歡用兩個(gè)亮點(diǎn)（或黑點(diǎn)）之間的中心距離來(lái)表示，像透射電鏡的分辨本領(lǐng)測(cè)試一樣，這種方法比較嚴(yán)格可靠。
　　二次電子像和背散射電子像是最常用的兩種成像模式。二次電子像是用二次電子探頭取出二次電子信號(hào)而成的樣品表面形貌像，這是掃描電鏡的最主要和最基本工作模式，它的分辨率高、圖像立體感強(qiáng)。背散射電子像是用背散射電子探頭取出背散射電子信號(hào)而成的像，它的分辨率和像的質(zhì)量雖不如二次電子像，立體感也差，但它可以得到樣品中大致的成分分布值化、、二值圖濾波以及二值圖運(yùn)算。
　　圖像二值化，是把灰度圖像轉(zhuǎn)化成為二值圖像，即只有黑，白兩種灰度的圖像。設(shè)定一個(gè)灰度值作閥值，圖像中任何一個(gè)像素的灰度大于此值的則用白色（255）代替其灰度，小于則用黑色（0）代替。若經(jīng)二值分割出的二值圖不夠理想則可用二值圖濾波進(jìn)行再處理。二值圖濾波有① 填洞。對(duì)整幅圖像進(jìn)行處理，把畫(huà)面上一些孤立點(diǎn)濾掉。② 腐蝕濾波。去掉一些與提取特征不相關(guān)聯(lián)的部分。先設(shè)定一個(gè)一定小如3×3 的矩陣，令此矩陣在圖像的每個(gè)像素上移動(dòng)，若矩陣的中心點(diǎn)在物體內(nèi)，則一切不變；若矩陣中心點(diǎn)在背叉斑成像在物鏡的前焦平面上，經(jīng)物鏡后電子束接近平行束并射到樣品面上，它的發(fā)射角只俠定于雙聚細(xì)境縮小的交叉斑對(duì)物鏡的張角矛掃描系統(tǒng)工作于抓放大倍數(shù)禪戎，掃描使電子束偏轉(zhuǎn)中心仍在物鏡光欄處；當(dāng)然也可以用單偏轉(zhuǎn)方式（關(guān)掉下掃描線(xiàn)圈電流），同時(shí)去除物鏡光欄，這時(shí)電子束偏轉(zhuǎn)中心在上掃描偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈中心。
　　對(duì)于小單晶樣品可用會(huì)聚束搖擺法。讓電子束以其在樣品上的入射點(diǎn)為頂點(diǎn)而作搖擺運(yùn)動(dòng)。用單偏轉(zhuǎn)方式（關(guān)掉下掃描線(xiàn)圈電流），去除物鏡光欄。由雙聚光鏡形成的細(xì)電子束受上掃描線(xiàn)圈偏轉(zhuǎn)后，進(jìn)一步受到物鏡的偏轉(zhuǎn)和聚焦作用。調(diào)節(jié)物鏡電流，使上掃描線(xiàn)圈的偏轉(zhuǎn)平面與樣品表面共扼，這樣就使會(huì)聚電子束以入射點(diǎn)為頂點(diǎn)作搖擺運(yùn)動(dòng)。如果這時(shí)再改變物鏡電流的大小，在欠焦和過(guò)焦的情況下，在熒光屏上有隱約可見(jiàn)的樣品表面特征物的像。當(dāng)正聚焦時(shí)，特征物的放大像趨于無(wú)限大，而出現(xiàn)清晰的電子通道花樣圖像，這就是選區(qū)電子通道花樣的正聚焦條件。這時(shí)打在樣品面上的電子束斑的大小決定了通道花樣的選區(qū)面積。因此調(diào)節(jié)兩個(gè)聚光鏡的電流，改變電子束斑的大小可以改變選區(qū)面積。當(dāng)電子槍交叉斑正好成像在上掃描線(xiàn)圈的偏轉(zhuǎn)平面處，而第一聚光鏡縮小倍數(shù)又最小時(shí)，就可以獲得最小的選區(qū)面積。濁度計(jì)| 色度計(jì)| 粘度計(jì)| 折射計(jì)| 滴定儀| 密度計(jì)| 熱流計(jì)| 濃度計(jì)| 折射儀| 采樣儀|