掃描電鏡之主要性能參數解析

　　本文為大家介紹掃描電鏡主要參數：分辨率、放大倍數、景深。

　　分辨率（Resolution）

　　分辨率是掃描電鏡最主要的性能指標，對成像而言，它是指能分辨兩點之間的最小距離；對微區成分分析而言，它是指能分析的最小區域。掃描電鏡的分辨率通過測定圖像中兩個顆粒（或區域）間的最小距離來確定的，測定的方法是在已知放大倍數的條件下，把在圖像上測到的最小間距除以放大倍數所得數值就是分辨率。

　　掃描電鏡分辨率的高低和檢測信號的種類有關，下表是掃描電鏡主要信號的成像分辨率。

　　由表中數據可以看出，二次電子和俄歇電子的分辨率不高，而特征X射線調制成顯微圖像的分辨率最低。不同信號造成分辨率之間差別的原因可用下圖說明，電子束進入輕元素樣品表面后會造成一個滴狀作用體積。入射電子束在被樣品吸收或散射出樣品之前將在這個體積中活動。

　　二次電子和俄歇電子因其本身能量較低以及平均自由程很短，只能在樣品的淺層表面內逸出，在一般情況下能激發出俄歇電子的樣品表層厚度約為5-2nm，激發二次電子的層深為5-10nm范圍。入射電子束進入淺層表面時，尚未向橫向擴展開來，因此，二次電子和俄歇電子只能在一個和入射電子束斑直徑相當的圓柱體內被激發出來，因為束斑直徑就是一個成像檢測單元（像點）的大小，所以這兩種電子的分辨率就相當于束斑的直徑。

　　入射電子束進入樣品較深部位時，向橫向擴展的范圍變大，從這個范圍中激發出來的背散射電子能量很高，它們可以從樣品的較深部位處彈射出表面，橫向擴展后的作用體積大小就是背散射電子的成像單元，從而使它的分辨率大為降低。

　　入射電子束還可以在樣品更深的部位激發出特征X射線來，從圖上X射線的作用體積來看，若用X射線調制成像，它的分辨率比背散射電子更低。

　　需要注意的是，電子束射入重元素樣品中時，作用體積不呈現滴狀，而是半球狀。電子束進入表面后立即向橫向擴展，因此在分析重元素時，即使電子束的束斑很細小，也不能達到較高的分辨率。

　　掃描電鏡的分辨率取決于入射電子束直徑，直徑越小，分辨率越高，但分辨率并不直接等于入射電子束直徑。因為電子束在樣品內的有效激發范圍大大超過入射電子束直徑。此外，掃描電鏡的分辨率除受電子束直徑和調制信號類型影響外，還受樣品原子序數、雜散磁場、機械震動等因素的影響。

　　放大倍數（Magnification）

　　當入射電子束做光柵掃描時，若電子束在樣品表面掃描的幅度為As，在顯光屏上陰極射線同步掃描的幅度為Ac，則放大倍數可表示為M=Ac/As。

　　由于熒光屏的尺寸是不變的，因此，放大倍數的變化只要通過改變電子束在樣品表面的掃描幅度As來實現。

　　目前商品化的掃面電鏡的放大倍數可以從20倍到20萬倍之間連續調節。

　　景深（Depth of Field）

　　景深是指透鏡對高低不平的樣品各部位能同時聚焦成像的能力范圍，這個范圍用一段距離表示。

　　如果景深為Ds，只要樣品表面高低范圍值小于Ds，則在熒光屏上就能清晰地反映出樣品的表面形貌。正是由于掃描電鏡景深大，特別適用于粗糙表面和斷口的分析觀察；圖像富有立體感、真實感、易于識別和解釋。