SEM掃描電鏡加速電壓的作用及選擇的介紹

加速電壓是掃描電鏡技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要術(shù)語(yǔ)。加速電壓使電子束加速而獲得能量，其范圍為0.2~30KV，一般高壓指用20KV，低壓指小于10KV。其值越大，電子束能量越大，反之亦然。

SEM掃描電鏡加速電壓的作用

在進(jìn)行掃描電鏡分析時(shí)，為了獲得感興趣區(qū)域Z佳的圖像效果，要考慮一些重要的參數(shù)。其中一個(gè)很重要的參數(shù)就是加速電壓，它是加在電子槍的陰極和陽(yáng)極之間，用來(lái)加速電子產(chǎn)生電子束的。加速電壓的選擇與樣品的導(dǎo)電性、放大倍數(shù)及圖片質(zhì)量等因素有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，加速電壓越高，圖像的分辨率越高。

加速電壓決定作用區(qū)域的大小：

SEM掃描電鏡加速電壓是電子能量的象征，它決定了電子束與樣品之間的相互區(qū)大小。一般情況下，加速電壓越高，電子束在樣品表面穿透越深，作用區(qū)也就越大。

這意味著電子將在樣品中更深入地傳播，并在不同區(qū)域中產(chǎn)生信號(hào)。樣品的化學(xué)成分也會(huì)對(duì)作用區(qū)的大小產(chǎn)生影響：輕元素的核外電子層數(shù)較少，電子能量較低，這限制了其對(duì)入射電子的影響。因此與重元素的樣品相比，電子束對(duì)于輕元素樣品的穿透更深。

對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行分析時(shí)，可以得到不同的結(jié)果。在臺(tái)式掃描電鏡中，通常檢測(cè)到三種信號(hào)：背散射電子(BSE)、二次電子(SE)和X射線。

加速電壓對(duì)SEM掃描電鏡成像的影響：

加速電壓對(duì)于BSE和SE成像的影響是類(lèi)似的：低加速電壓能夠得到樣品表面更多的細(xì)節(jié);而在高加速電壓下，圖像的分辨率提高，但由于穿透效應(yīng)，樣品的表面細(xì)節(jié)減少，有利于忽略樣品表面的一些細(xì)小污染物。這可以在下面的圖片中看到，在低加速電壓下，樣品表面的污染物清晰可見(jiàn)，而高加電壓的圖像表面污染物“減少”。

對(duì)于不同性質(zhì)的樣品，選擇合適的加速電壓非常重要。生物樣品、聚合物以及其他有機(jī)樣品都對(duì)高能量的電子非常敏感。由于掃描電鏡在真空中運(yùn)作，這種敏感性進(jìn)一步增強(qiáng)。這就是SEM掃描電鏡廠家致力于開(kāi)發(fā)低電壓下成像技術(shù)的原因，這樣的話即使是Z精細(xì)、對(duì)電子束能量敏感的樣品也能拍出比較好的圖像。

在這一過(guò)程中遇到的主要困難是成像技術(shù)背后的物理原理：與攝影相似，存在幾種可能的因素會(huì)影響Z終輸出的圖像質(zhì)量，如畸變和像差。隨著電壓升高，獲得的信號(hào)量也變多，色差的影響逐漸減小，這也是為什么之前掃描電鏡的趨勢(shì)是利用盡可能高的電壓以提高成像分辨率的主要原因。

SEM掃描電鏡加速電壓選擇

掃描電鏡加速電壓的選用，取決于樣品的質(zhì)量(包括導(dǎo)電性)、圖像質(zhì)量的要求和倍率等情況。當(dāng)樣品導(dǎo)電性好時(shí)，可選用高加速電壓，這時(shí)電子束能量大，激發(fā)的二次電子、背散射電子數(shù)量就多，有利于改善圖像的分辨率、信噪比和反差，對(duì)高倍觀察有利。

SEM掃描電鏡加速電壓的選擇主要考慮合適的過(guò)壓比和較高的空間分辨率這兩個(gè)因素：

為了對(duì)某條譜線進(jìn)行精確的分析，要得到足以檢測(cè)的特征X射線強(qiáng)度，這要求入射束電子有足夠的能量，才能有較高的激發(fā)效率，一般用過(guò)壓比U=Eo/Ec來(lái)表示，Ec為所要分析譜線的臨界激發(fā)能。選U=2～3的范圍比較合適，這是通過(guò)大量的激發(fā)實(shí)驗(yàn)獲得的經(jīng)驗(yàn)公式。

由于材料不同，元素的Ec范圍很寬，而電鏡的加速電壓上限多在30kV，因此選擇加速電壓時(shí)要考慮EcZda的元素，使其X射線能夠充分激發(fā)。為方便起見(jiàn)，可用元素的特征譜峰能量代替Ec粗略估計(jì)選用的掃描電鏡加速電壓(Eo)是否合適。

大多數(shù)由輕元素組成的陶瓷樣品：SEM掃描電鏡加速電壓選15kV，中等原子序數(shù)的金屬樣品：掃描電鏡加速電壓選20kV，而Z>35的元素的樣品：仍選20kV，利用L或M線進(jìn)行分析。

選擇SEM掃描電鏡加速電壓時(shí)要考慮空間分辨率。在保證合理的激發(fā)特征譜線時(shí)，掃描電鏡加速電壓應(yīng)該選用較小的值。空間分辨率與過(guò)壓比有關(guān)，過(guò)高的加速電壓使電子束在樣品內(nèi)穿透較深，橫向擴(kuò)散較大，使空間分辨率明顯變差，同時(shí)出射的X射線在樣品中吸收衰減程度也會(huì)增加。