扫描电镜(SEM)作为一种强大的显微分析工具,能够提供高分辨率、高景深的三维表面形貌图像,广泛应用于材料科学、生物学、纳米技术等领域。其成像质量与多种因素密切相关,理解这些基本影响要素对于优化实验条件、获取准确数据至关重要。

分辨率扫描电镜的优点
宽放大倍率范围:支持从几十倍到几十万倍的连续放大,目前,大多数商品扫描电镜放大倍数为20~20,000倍,介于光学显微镜和透射电镜之间,满足不同尺度的观察需求;
景深大,扫描电子显微镜的景深比透射电子显微镜大10倍,比光学显微镜大几百倍。由于图像景深大,成像立体感强,可同时清晰呈现凹凸不平的样品表面,适合分析粗糙表面,如金属断口的复杂形貌;
:可观察块状、粉末、生物等多种样品,非导电样品经镀膜处理后也能进行分析
试样制备简单。

电镜扫描下的断口
分辨率的影响因素
A. 入射电子束束斑直径:电子束斑直径是SEM分辨率的极限。束斑越小,分辨率越高。通常情况,热阴极电子枪的最小束斑直径可缩小到6nm,场发射电子枪可使束斑直径小于3nm。
B. 入射电子束在样品中的扩展效应:扩散程度取决于电子束能量和样品原子序数。电子束能量越高,样品原子序数越小,则电子束作用体积越大,信号来自较深层区域,产生信号的区域增大,从而降低了分辨率。低能量电子束作用浅,仅表面信号被采集,分辨率提高但穿透力减弱。因此,需根据样品特性调整加速电压以平衡分辨率与信号深度。
C. 成像方式及检测深度:
二次电子(SE):当以二次电子为调制信号时,其能量低(小于50 eV),平均自由程短(10~100 nm左右),检测深度5-10 nm,对形貌敏感。由于发生散射次数很有限,基本未向侧向扩展,因此,二次电子像分辨率高,约等于束斑直径,但受样品倾斜角度影响大。
背散射电子(BSE):当以背散射电子为调制信号时,由于背散射电子能量比较高,穿透能力强,可检测几十到几百纳米,但分辨率较低(5-20 nm)。对原子序数差异敏感,适合成分衬度成像。
其他信号:吸收电子、X射线、阴极荧光、束感生电导或电位等作为调制信号的其他操作方式,由于信号来自整个电子束散射区域,所得扫描像的分辨率都比较低。
