SEM工作距离和加速电压对图像分辨率的影响

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扫描电子显微镜-SEM-3 材料研究方法与实验

JSM－6700F场发射扫描电镜
中科院上海硅酸盐所的FESEM
场发射扫描电镜
当金属、氧化物、硼化物等加热到高温时，能发射热电子。另外，当金属、氧化物、硼化物有细的尖端时，尖端表面在强的电场作用下也能发射电子。用强电场使上述材料发射电子的原理，可以制造高亮度的TEM或SEM的电子枪，称场发射电子枪。九十年代SEM开始采用场发射电子枪，称这种SEM为场发射扫描电镜（Field Emission Scanning Electron Microscope: FESEM)
正确认识分辨率
仪器的分辨率指标不是日常工作能实现的，只是仪器验收指标。拍摄分辨率照片是用碳镀金的特殊试样，拍照时规定一些特殊条件，如放大倍率、电子束电流、加速电压、工作距离等。有时要晚上没有任何振动和干扰情况下进行多次拍照，寻找最好的图像测量分辨率。日常工作无法满足上述的特殊要求。
冷场发射和热场发射
场发射SEM分冷场发射和热场（肖特基）发射。冷场发射是阴极温度在室温，热场发射阴极要加热到约1500℃。热场 W 阴极单晶尖端为<111>取向，表面有一层氧化锆，以降低电子发射的功函数。冷场发射的W单晶是<310>取向， <310> 取向的逸出功最小（4.2eV）。
对光学显微镜＝70－75，n=1.4。 nsin1.4，而可见光波长：＝400nm700nm ，所以光学显微镜分辨率 d0.5 ，显然 d 200nm。
电子波长
要提高分辨率可以减小照明波长来实现。 SEM是用电子束照射试样，电子束是
一种De Broglie波，具有波粒二相性，＝ 12.26/V0.5(伏) ，如果V＝20kV时，则＝ 0.0085nm 。目前用 W 灯丝的 SEM ，分辨率已达到3nm-6nm, 场发射源SEM分辨率可达到1nm 。日立S－5200FESEM 分辨率0.5nm(试样在极靴内).

蔡司 Sense BSD 超微结构成像解决方案说明书

蔡司Sense BSD用于对超微结构进行快速温和成像的背散射电子探测器使用SEM 实现TEM 级别的成像以全新的速度和质量对超微结构进行成像电子显微镜传统上用于对组织和细胞的亚细胞结构进行高分辨率研究。

透射电子显微镜（TEM）一直是超微结构成像的优选，但配备背散射电子探测器的扫描电子显微镜（SEM）也可以获取类似TEM的高分辨率图像。

然而，SEM成像可能会带来挑战，尤其是对非导电生物样品成像。

想要得到快速的高分辨率成像需要高电子剂量和加速电压，这会导致荷电效应和样品损伤，从而影响图像质量。

蔡司Sense BSD可以在高效率和高质量图像的基础上，实现高分辨率超微结构成像，使您的SEM可以进行TEM级别的成像。

解决方案凭借新的二极管设计和出色的检测器灵敏度，Sense BSD 可以检测到少量电子并将低信号转换为高对比度的图像。

因此得以用低加速电压和低电子剂量实现快速图像采集。

您的生物样品可以在不受损的情况下成像，并防止因荷电效应引起的图像质量下降。

探测器出厂时已校准，因此无需进一步校准。

只要在软件中单击几下，您就可以用检测器进行成像。

优势• 非常适合非导电的易荷电生物样品。

• 允许使用低电压成像，提供理想样品保护并避免图像质量下降。

• 通过提高检测器灵敏度实现高对比度成像。

• 在更短的时间内生成高质量的图像。

• 整个样品区域均可用于成像，观察视野不受TEM栅格限制。

• Sense BSD配备了工厂校准的检测器，可立即投入使用。

• 清晰简洁的用户界面，操作更简单。

(A) 在蔡司Sense BSD下获得的苔藓虫Tricellaria inopinata幼虫切片图像（1.5 kV，像素大小：200 nm）。

(B) 图(A)的框中的细胞结构细节展示，如细胞核或纤毛（1 kV，像素大小：50 nm）。

样品由挪威卑尔根大学萨斯海洋分子生物学研究中心的Anna Seybold和Harald Hausen 提供。

扫描电镜显微分析

扫描电镜显微分析扫描电镜显微分析实验报告一、实验目的1、了解扫描电镜的基本结构和原理。

2、掌握扫描电镜试样的制备方法。

3、了解扫描电镜的基本操作。

4、了解二次电子像、背散射电子像和吸收电子像，观察记录操作的全过程及其在组织形貌观察中的应用。

二、实验内容1、根据扫描电镜的基本原理，对照仪器设备，了解各部分的功能用途。

2、根据操作步骤，对照设备仪器，了解每步操作的目的和控制的部位。

3、在老师的指导下进行电镜的基本操作。

4、对电镜照片进行基本分析。

三、实验设备仪器与材料Quanta 250 FEG 扫描电子显微镜四、实验原理（一）、扫描电子显微镜的基本结构和成像原理扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,简称SEM）是继透射电镜之后发展起来的一种电子显微镜简称扫描电镜。

它是将电子束聚焦后以扫描的方式作用样品，产生一系列物理信息，收集其中的二次电子、背散射电子等信息，经处理后获得样品表面形貌的放大图像。

扫描电镜主要由电子光学系统；信号检测处理、图像显示和记录系统及真空系统三大系统组成。

其中电子光学系统是扫描电镜的主要组成部分，主要组成：电子枪、电磁透镜、光栏、扫描线圈、样品室等，其外形和结构原理如图1所示。

由电子枪发射出的电子经过聚光镜系统和末级透镜的会聚作用形成一直径很小的电子束，投射到试样的表面，同时，镜筒内的偏置线圈使这束电子在试样表面作光栅式扫描。

在扫描过程中，入射电子依次在试样的每个作用点激发出各种信息，如二次电子、背散射电子、特征X射线等。

安装在试样附近的探测器分别检测相关反应表面形貌特征的形貌信息，如二次电子、背散射电子等，经过处理后送到阴极射线管（简称CRT）的栅极调制其量度，从而在与入射电子束作同步扫描的CRT上显示出试样表面的形貌图像。

根据成像信号的不同，可以在SEM的CRT上分别产生二次电子像、背散射电子像、吸收电子像、X射线元素分布图等。

本实验主要介绍的二次电子像和背散射电子像。

扫描电镜工作距离和加速电压与图像清晰度的关系研究

Ａｂｓｒｃ：ＩｄｅｔｍａｅｃｅｒｈｆｅｔｏｆｉｆｒｎｗｏｒｄｉｔｎｃｓａａｃｌｒｔｎｌａｓｆｌｃｒｔａｔｎｏｒｒｏｋｌａｔｅｅｆｃｄｆｅｅｔｋｓａｅｎｄｃｅｅａｉｇｖｏｔｇｅｏｅｅｔｏｎｂａｏｈｅｉａｅｉｔｏｎｏｆＳｅｍｎｔｍｇｅｄｆｎｉｉＥＭ，ｔｅｐａｅｏｐａｅｈｍａｓｏｆＥｓｈｒｃｉｏｉｕｎｒｄｆｅｅｔｗｏｋｈｐｒｃｍｒｄｔｅｉｇｅｃｅｉｈａｃｌｄｅｉｆｒｎｒｄｉｔｎｃｓａｄａｃｌｒｔｎｇｖｔｇｅｆｅｅｔｏｎｂａｔｃｎｎｉｌｃｒｎｉｉｒｃｐｙＴｈｅｒｓｌｓｉｄｉａｅｓａｅｎｃｅｅａｉｏｌａｓｏｌｃｒｅｍｗｉｈｓａｎｇｅｅｔｏｃｍｃｏｓｏ．ｅｕｔｎｃｔｄ
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第２７卷
第８期
２１Ｏ０年８月
Hale Waihona Puke ＣＮ１２３Ｔ１— ０４／
Ｖｏ１２Ｎｏ８Ａｕ．２１．７．ｇ００
ＳｈｉＹｏｎｈｏｇ～，ｕＣｈａｇｆｎ。，ｉｏＹｏｕｈｉＺｏｇｎＸｎｅｇＭａｚ，ｕＺｈｅｏｕ，ＺｏｕＲｕｙ，ＹａｇＭｅ，ｎｙ。ｉｎｎｇ

SEM工作原理与使用方法

SEM工作原理与使用方法SEM（扫描电子显微镜）是一种使用电子束对样品进行成像的显微镜。

与光学显微镜相比，SEM具有更高的分辨率和放大倍数，能够显示更小尺寸的样品细节。

SEM广泛应用于材料科学、生物学、化学和纳米技术等领域。

本文将介绍SEM的工作原理和使用方法。

SEM的工作原理：SEM使用电子束而不是光线来照射样品，并通过收集散射的电子来获得图像。

一般来说，SEM包括以下几个主要的部分：电子枪、聚焦系统、样品台、检测系统和显示系统。

1.电子枪：电子枪产生高速的电子束。

其工作原理是通过在热阴极附近加热产生的热电子，被高压枪芯电场加速并形成一个细束的电子束。

这个束被称为原始电子束。

2.聚焦系统：原始电子束经过由磁环组成的聚焦系统，通过调整磁场来聚焦电子束，使其具有更好的聚焦能力。

这样可以使电子束更加凝聚和集中，以准确地照射样品。

3.样品台：样品放置在样品台上。

样品台可以通过微调机械装置进行调整，以便将样品放置在正确的位置并获得最佳的成像效果。

常用的样品制备方法包括金属喷溅、真空蒸镀和冷冻切片等。

4.检测系统：电子束照射到样品上时，会发生与样品相互作用的散射。

检测系统主要包括接收和检测这些散射电子的装置。

这些散射电子被放大并转换为电子信号。

5.显示系统：收集到的电子信号经过处理，通过显示设备（如计算机显示器）以图像的形式呈现。

SEM的使用方法：1.样品制备：首先，样品需要被制备成薄片、薄片或粉末的形式。

然后，样品需要被金属喷溅、真空蒸镀或冷冻切片等方法进行表面处理。

2.调整SEM系统参数：选择合适的加速电压、工作距离和聚焦电流等参数，以获得适当的分辨率和成像深度。

不同的样品可能需要不同的参数设置。

3.放置样品：将制备好的样品放置在样品台上，并使用微调机械装置进行调整，使样品可以位于所需的位置。

4.获取图像：打开SEM系统，开始获取图像。

在整个过程中，可以根据需要调整聚焦、缩放和对比度等参数，以获得清晰的图像。

扫描电子显微镜的操作步骤与技巧

扫描电子显微镜的操作步骤与技巧扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种非常重要的科学研究工具，广泛应用于材料科学、生物学、医学等领域。

通过使用扫描电子显微镜，我们可以观察和研究微小的物体结构和形貌。

然而，要正确操作该设备并获得高质量的显微图像，并不是一件简单的事情。

在本文中，我们将讨论扫描电子显微镜的基本操作步骤和一些技巧。

首先，确保准备工作的完整。

操作扫描电子显微镜之前，应确保待观察样品已经被充分准备。

这包括样品的固定和处理，以确保其表面平整和干燥。

如果样品表面不平整或存在水分，则可能会导致扫描电子显微镜的成像效果不佳。

因此，在开始操作之前，应仔细检查样品的处理程度以及其是否符合操作要求。

其次，正确设置和校准设备。

扫描电子显微镜有许多参数和控制选项，而正确设置和校准这些参数至关重要。

首先，我们需要选择适当的加速电压和电流，以确保样品能够正常激发和产生电子束。

其次，在显微镜的对准方面，我们要关注电子束和样品之间的距离以及投射角度。

调整这些参数可以最大程度地提高成像质量。

除了基本的操作步骤之外，还有一些技巧可以帮助我们获得更好的成像效果。

首先，要避免电子束损伤。

当样品处于高于正常加速电压的情况下，电子束可能引起样品的电离和热损伤。

因此，我们应尽量选择低电压和电流，并在操作过程中控制好作用时间，以避免这种损伤。

其次，要注意电子束的扫描速度。

快速扫描速度可能会导致成像模糊，而过慢的扫描速度可能会导致成像时间变长。

合理调节扫描速度可以获得清晰且高效的显微图像。

此外，掌握样品准备技巧也是操作扫描电子显微镜的重要一环。

在扫描电子显微镜中，样品的导电性对成像起着至关重要的作用。

对于不导电的样品，需要涂覆一层导电剂，以提供导电性。

而对于易挥发性的样品，则需要低温固定和冷冻来保持其形态。

掌握这些样品处理技巧可以更好地应对不同的样品类型，并获得高质量的显微图像。

最后，及时的设备维护和保养也是操作扫描电子显微镜的关键。

SEM扫描电镜要点知识

扫描电镜相关知识1. 光学显微镜以可见光为介质，电子显微镜以电子束为介质，由于电子束波长远较可见光小，故电子显微镜分辨率远比光学显微镜高。

光学显微镜放大倍率最高只有约1500倍，扫描式显微镜可放大到10000倍以上。

2. 根据de Broglie波动理论，电子的波长仅与加速电压有关：λe＝h / mv＝h / (2qmV)1/2＝12.2 / (V)1/2 (Å)在10 KV 的加速电压之下，电子的波长仅为0.12Å，远低于可见光的4000 - 7000Å，所以电子显微镜分辨率自然比光学显微镜优越许多，但是扫描式电子显微镜的电子束直径大多在50-100Å之间，电子与原子核的弹性散射(Elastic Scattering) 与非弹性散射(Inelastic Scattering) 的反应体积又会比原有的电子束直径增大，因此一般穿透式电子显微镜的分辨率比扫描式电子显微镜高。

3. 扫描式显微镜有一重要特色是具有超大的景深(depth of field)，约为光学显微镜的300倍，使得扫描式显微镜比光学显微镜更适合观察表面起伏程度较大的样品。

4. 扫描式电子显微镜，其系统设计由上而下，由电子枪(Electron Gun) 发射电子束，经过一组磁透镜聚焦(Condenser Lens) 聚焦后，用遮蔽孔径(Condenser Aperture) 选择电子束的尺寸(Beam Size)后，通过一组控制电子束的扫描线圈，再透过物镜(Objective Lens) 聚焦，打在样品上，在样品的上侧装有讯号接收器，用以择取二次电子(Secondary Electron) 或背向散射电子(Backscattered Electron) 成像。

5. 电子枪的必要特性是亮度要高、电子能量散布(Energy Spread) 要小，目前常用的种类计有三种，钨(W)灯丝、六硼化镧(LaB6)灯丝、场发射(Field Emission)，不同的灯丝在电子源大小、电流量、电流稳定度及电子源寿命等均有差异。

扫描电镜样品制备及图像质量影响因素分析①

扫描电镜样品制备及图像质量影响因素分析①扫描电镜（SEM）是一种高分辨率的表面成像技术，广泛应用于材料科学、生物学、地质学、医学等领域。

在进行SEM样品制备时，需要注意很多因素，因为这些因素会直接影响到SEM图像的质量。

本文将对SEM样品制备及图像质量影响因素进行分析。

一、SEM样品制备1. 样品固定在进行SEM样品制备时，首先需要固定样品。

对于生物样品，通常采用化学固定或冷冻固定的方法，以保持样品的形态结构。

对于非生物样品，通常采用化学固定或者高温熔融固定的方法，以保持样品表面的形貌。

2. 样品清洁样品在制备过程中会受到空气中的灰尘和杂质的污染，因此在进行SEM样品制备时，需要对样品进行清洁处理。

通常采用超声清洗或者离子清洗的方法，将样品表面的杂质清除干净。

4. 样品导电在进行SEM样品制备时，非导电性的样品表面会导致电荷积累，从而产生伪影。

因此需要对样品进行导电处理，通常采用金属喷镀或者碳喷镀的方法，将样品表面覆盖上一层导电层。

二、影响SEM图像质量的因素1. 样品表面形貌样品表面的形貌直接影响SEM图像的清晰度和分辨率。

如果样品表面粗糙或者有微观结构，会导致SEM图像的模糊和失真。

2. 样品的导电性样品的导电性会直接影响SEM图像的质量。

非导电性的样品容易产生电荷积累，导致图像的伪影和噪音。

3. 样品的真实性样品在进行SEM制备时，需要保持其真实性。

如果样品在制备过程中出现形变或者变化，会导致SEM图像的失真。

6. 扫描电镜参数设置SEM图像质量还受到扫描电镜参数的影响。

例如加速电压、工作距离、探针电流等参数的设定会影响图像的清晰度和分辨率。

SEM样品制备及图像质量影响因素是一个相当复杂的问题，需要在具体的实验操作中进行深入的研究和分析。

只有充分调控好SEM样品制备及影响图像质量的因素，才能够获得高质量的SEM图像，为科研工作者提供更为准确的样品信息。

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ＳＥｍａｅｄｆｉｉｎａｉｈｒｍａｎｆａｉｎＭｉｇｅｉｔｏｔｈｇｅｇｉｃｔ．Ｔｈｏｅｉａｌｎｉｏｅｒｔｌｃｙ，ｔｅＳｈＥＭｇｅｏｕｉｎｍａｎｙｄｐｎｓｏｈｉｍａｅｒｓｌｔｉｌｅｅｄｎｔｅｏ
（．南京市锅炉压力容器检验研究院，江苏南京２００１１０２２．南京大学电子科学与工程学院，江苏南京２０９）１０３
摘
要：实验证明大工作距离和低加速电压会使ＳＭ较高放大倍数的图像清晰度下降。理论研究表明，Ｅ
imageresolution扫描电子显微镜sem作为一种现代分析仪器以其nm量级的超高分辨本领在现代生物医学和材料等学科的微观研究中发挥着极其重要的作用而且近30a来用户迅速增加应用日益广泛1
！
二！
实
验
技
术
与
管
理
第２８卷
第９期
２１０１年９月
ＣＮ１ — ２３／１０４Ｔ
（．Ｎａｊｎｏｌｒ８ｒｓｕｅＶｅｓｌｕｅｖｓｏｎｎｐｃｉｎＩｓｉｕｅ１ｎｉｇＢｉＬＰｅｓｒｓｅＳｐｒｉｉｎａｇＩｓｅｔｎｔｔｔ．Ｎａｊｇ２０２ｅｏｎ０．Ｃｈｎ；ｉｎ１０ｉａ
ＥｘｅｉｅｔｌｐｒｍｎａｃｎｌｇｙａｄＭａａｅｅｔＴｅｈｏｏｎｎｇｍｎ
Ｖｏ．８Ｎｏ９Ｓｐ．２１１２．ｅ０１
ＳＭ工作距离和加速电压对图像分辨率的影响Ｅ
严红，沈一骑。
镜光阑（子枪栅极、电阳极问距）可对大工作距离（加速电压）图像清晰度的提高有一定帮助，要从根，低时但
本上解决，须采用场发射电子枪。必关键词：扫描电镜；作距离；速电压；图像分辨率工加中图分类号：Ｎ１Ｔ６文献标志码：Ｂ文章编号：０２４５（０１０ — ０４０１０ —９６２１）９０４ — ２
ｅｌｃｒａｄａｅｅｎｄｔｅＳＮＲｌ．Ｌａｇｏｋｄｓａｅｗｉｌｉｃｅｓｈｌｃｒｅｍａｅｅｎｄｅｔｏｎｂｅｍｉｍｔｒａｈｖａｕｅｒｅｗｒｉｔｎｃｌｎｒａｅｔｅｅｅｔｏｎｂａｄｉｍｔｒａｌｗｃｅｅａｉｎｖｏｔｇｅｗａｕ．ＡｃｏｒｎｇｌｏａｃｌｒｔｏｌａｌｄｅｒａｅｔｅｅｅｔｏｎｇｕｂｉｎｓｎｄＳＮｖｌｅｃｄｉｙ，ｔｅｔｐｅｔｈＷＯａｓｃｓｃｕｓｈｅｉａｅｏｕｉｎａｎｆｎｉｉｎｔｅｒａｅＦｏｒｔａｉｉａａｅｔｍｇｅｒｓｌｔｏｄｄｅｉｔｏｏｄｃｅｓ．ｒｄｔｏｎｌＳＥＭ，ｔｅａｌｃｔｏｎｏｈｅｆｅｄｅｉｓｏｎｈｐｐｉａｉｆｔｉｌｍｓｉ
２．ＣｏｌｇｆＥｌｃｒｎｃＳｉｎｅａｄＥｇｎｅｉｇ，Ｎａｊｎｉｅｓｔ，Ｎａｊｇ２０９，Ｃｈｎ）ｌｅｏｅｔｏｉｃｅｃｎｎｉｅｒｅｎｎｉｇＵｎｖｒｉｙｎｉ１０３ｎｉａ
Ａｂｓｒｃ：Ｔｈｘｐｅｉｅｅｕｔｈｏｔａａｇｔａｔｅｅｒｍｎｔｒｓｌｓｓｗｈｔａｌｒｅｗｏｒｉｔｎｅａｎｏｗｃｅｅａｉｌａａｅｒａｅｔｋｄｓａｃｄｌａｃｌｒｔｏｎｖｏｔｇｅｃｎｄｃｅｓｈｅ
ＳＭ图像分辨率主要取决于电子束斑和信噪比的大小，工作距离会使电子束斑增大；加速电压会使电子Ｅ大低
枪亮度下降、子束流和信噪比减小，而造成图像分辨率和图像清晰度下降。对于传统ＳＭ，过减小物电从Ｅ通
１ｎｐｒｕｅａｄｔｅｓａｉｇｂｔｅｒｄａｄａｏｅｏｈｌｃｒｎｇｎｃｎｐａｏｉｖｏｅｅｓａｅｔｒｎｈｐｃｎｅｗｅｎｇｉｎｎｄｆｔｅｅｅｔｏｕａｌｙａｐｓｔｅｒｌ．ｉＫｅｒｓＥＭ；ｗｏｋｄｓａｃ；ａｃｌｒｔｎｖｌａｅｍａｅｒｓｌｔｏｙｗｏｄ：Ｓｒｉｔｎｅｃｅｅａｉｏｔｇ；ｉｇｅｏｕｉｎｏ