如何利用扫描电镜拍出高质量的图像
扫描电镜成像技术参数测量和图像处理优化
扫描电镜成像技术参数测量和图像处理优化扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种利用电子束来观察物质表面微观形貌的重要仪器。
扫描电镜的成像质量直接影响到我们对样品微观结构的理解和分析。
因此，对扫描电镜的成像技术参数进行准确测量和图像处理的优化是非常重要的。
一、扫描电镜成像技术参数测量1. 分辨率测量分辨率是衡量扫描电镜成像质量的重要参数之一。
常用的测量方法是利用聚苯乙烯球（PSL）标准样品进行测量。
首先将PSL标准样品放置在扫描电镜的样品台上，选择合适的放大倍数进行观察。
然后，通过测量PSL标准样品像素尺寸和球的直径，可以计算出扫描电镜的分辨率。
2. 加速电压测量扫描电镜的加速电压对成像结果有重要影响。
一般来说，较高的加速电压可以得到更好的穿透能力和深度信息，但也会导致成像分辨率的降低。
因此，选择合适的加速电压非常重要。
可以使用金刚石颗粒（DOS）标准样品来测量加速电压。
测量时，将DOS标准样品放置在扫描电镜的样品台上，选择合适的放大倍数观察颗粒的形态，并根据颗粒直径与厚度的关系来确定适宜加速电压。
3. 焦点调谐测量扫描电镜的焦点位置是影响成像质量的重要因素之一。
为了获得更好的成像效果，需要进行焦点调谐。
一种常用的焦点调谐方法是利用铜膜标准样品。
将铜膜标准样品放置在扫描电镜样品台上，选择适当的放大倍数，通过观察铜膜的清晰度调整扫描电镜的焦距，以获得最佳的成像效果。
二、图像处理优化1. 噪声抑制扫描电镜图像中常常存在各种噪声，如高斯噪声和斑点噪声等。
为了提高图像质量，可以采用数字滤波技术来抑制噪声。
常用的滤波方法包括均值滤波、中值滤波和高斯滤波等。
选择合适的滤波器和滤波参数可以有效地去除噪声，并保留有用的图像细节。
2. 对比度增强对比度是衡量图像中不同灰度级之间差异程度的参数。
较低的对比度会导致图像细节不清晰。
为了增强图像的对比度，可以采用直方图均衡化、对比度拉伸和灰度映射等图像增强技术。
扫描电镜摄影
扫描电镜摄影
1．检查电镜工作状态
（1）加速电压强度的选择：取决于样品的性质、图像反差和放大倍率。
高倍观察时一般需要较高的加速电压，低倍观察时需要较低的加速电压。
（2）聚光镜电流的选择：在保证图像亮度和反差要求前提下，尽可能加大聚光镜电流，以提高照片分辨力，加大景深。
（3）物镜光阑孔的选择：对于表面结构高低差异大的样本可用较小的光阑孔，以获较大景深；低倍镜下观察时，可选用较大光阑孔，以增加视野内的信号强度。
（4）选择摄影扫描速度。
（5）视野选择：与透射电镜相同。
2．确定曝光时间。
在扫描电镜照相机处于光关？F8或F11情况下，照片的曝光时间在50～100s之间。
3．样品的聚焦程度主要依靠操作人员的肉眼观察。
拍摄较低放大倍数（＜1000倍）的图像，以调节粗聚焦钮为主；拍摄较高放大倍数（＞1000倍）图像，应先调节粗聚焦钮，再调节细聚焦钮。
4．图像消像散：①先调节X方向旋钮，消除X方向的像散；②再调节Y方向旋钮，消除Y方向的像散；③最后再调节细聚焦钮，直到图像最清晰为止。
5．调节高度和反差：扫描电镜一般装有亮度和反差自动调节按钮，按动该钮即可得到反差适当的图像。
6．拍摄：将照相机中的底片调至摄影位置，按动面板上的摄影快门钮，荧光屏上便由上而下自动扫描图像；扫描结束后，即完成一幅照片拍摄。
7．底片选择：扫描电镜装有120或135照相机，故一般选择感光速度为ASA100的120或135胶卷，；装有Polaroid后背相机的扫描电镜，可进行一次成像。
8．记录图像的摄影日期、摄影编号、样本编号、放大倍数、内容、摄影条件和备注等。
【材料课堂】如何拍出高质量SEM、TEM照片！
【材料课堂】如何拍出高质量SEM、TEM照片！利用电子显微镜来分析研究物体的组织形貌、结构特征，是现在科研实验最常用的方法之一。
但能否拍出好形貌直接取决于样品制作的好坏，因而制作出符合要求的样品成为整个实验的关键。
下面小编综合整理了制备各种材料SEM和TEM样品的方法，希望对各位实验猿们有所帮助。
扫描电镜SEM1样品要求固体，无毒，无放射性，无污染，无磁，无水，成分稳定2常用方法一般分块状样品、粉末样品和截面样品制备三类1、块状样品低倍率观察（＜5万倍）-- 导电胶带高倍率观察（＞5万倍）-- 液体导电胶2、粉末样品可以直接固定在导电胶带或者液体导电胶上，见图注意：如果是导电胶带，揭下来的剥离纸一定要倒着放，撒完样品后在用剥离纸干净的面压一下，固定的才回牢如果是液体导电胶，最好是用水溶性的，不容易和样品发生反应，撒样品的时间点控制在导电胶快干的时候撒，才能使样品达到半浸没状态。
也可以用分散法：3、截面样品如果是硅片或者是玻璃，需要用到玻璃刀，见图注意：用玻璃刀划的时候要让开观察的面，也就是说可以上面和下面各划一下，然后再掰就可以了根据不同样品材质，有的时候是正面掰好，有的时候是从背面掰好。
对于薄膜类的样品，可以用液氮粹断，如下图更先进的电镜制样方法了解更多，请点击 → 材料课堂：SEM扫描电镜必备知识！氩离子切割技术是一种利用宽离子束（〜1mm）来切割样品，以获得宽阔而精确的电子显微分析区域的样品表面制备技术。
一个坚固的挡板遮挡住样品的非目标区域，有效的遮蔽了下半部分的离子束，创造出一个侧切割平面，去除样品表面的一层薄膜。
氩离子抛光技术是对样品表面进行抛光，去除损伤层，从而得到高质量样品，用于在 SEM，光镜或者扫描探针显微镜上进行成像、EDS、EBSD、CL、EBIC 或其它分析。
透射电镜TEM1样品要求1. 样品被观察区对入射电子必须是“透明”的。
电子穿透样品的能力与其本身能量及样品所含元素的原子序数有关。
扫描电镜图像的分析
100 150 200 250 300 350 400 颗粒个数Ｎ
个
数 均 D n 5.57 5.30 5.40 5.57 5.50 5.57 5.64
μ
m
体 均 D v 8.33 8.20 8.06 8.16 8.08 8.09 8.14
μ
m
D50 μm 8 . 11 8 . 1 0 7 . 8 0 7 . 9 2 7 . 9 1 7 . 9 2 7 . 9 5
图4.12 500X 解理和沿晶断裂
图4.13 钢管旳断口 500X
图4.14 钢材腐蚀表面 1000X
图4.15 750X 沿晶断裂
图4.16 550X 解理断裂
图4.17 1000X 解理+准解理
图4.18 500X 解理+沿晶断口（拉长韧窝）
图4.19 高岭土 3000X
图4.20 高岭土5000X
图4.22 Mg-Zn-Y合金二次电子照片
图4.23 合金旳背散射电子照片 500X
图4.24 Mg-Zn-Y合金旳背散射电子照片 图4.25 Mg-Zn-Y合金旳背散射和二次电子照片
图4.26 铝钴镍合金二次电子照片
图4.27 铝钴镍合金背散射电子照片
4 粒度分布测量
大规模集成电路板上旳沟槽深、线宽、圆直径、正方形、长方形边长等旳测量；粉体（尤其是纳米）颗粒 粒度测量、原则粒子微球旳粒度定值；复合材料（如固体推动剂）中某种颗粒组份粒度分布测量、样品表 面孔隙率测定等…，都能够使用图像处理、分析功能，有自动和手动。目前旳EDS中都有该软件包供选择， 用SEM测量测定粉体颗粒粒度是精确、以便和实用旳。测量旳粒度范围能够从几十纳米到几种毫米，是 任何专用粒度仪所无法胜任旳。尤其当分析样品旳粒度不大于3um（例如：超细银粉、碳粉、钴蓝、 Fe2O3、SiO2等）时，超细颗粒极易汇集、团聚（如下图）、在水中尤其难于分散旳特征，老式旳湿法 粒度分析（例如：Coulter计数法、激光散射法、动态光子有关法）就无法得到真实旳粒度成果。而扫描 电镜粒度分析法（简称SEM法）却不受这些限制，比较灵活，完全能适应这些特殊样品旳粒度分析，同 步它属于绝对粒度测量法。为克服SEM粒度分析法所存在旳测定样品量太少、成果缺乏代表性旳缺陷， 在实际操作时，要多制备些观察试样，多采集些照片，多测量些颗粒（300个以上）。超细粉体样品一般 制备在铜柱表面上，希望颗粒单层均匀分散、彼此不粘连。这么，在不同倍数下得到照片，便于图象处理 和分析功能自动完毕；不然，就要手工测量每个颗粒旳粒度，然后进行统计处理。
扫描电镜基本操作
扫描电镜基本操作扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）是一种高分辨率的显微镜，可以对样品表面进行扫描，获得高清晰度、高放大倍数的图像。
下面将介绍扫描电镜的基本操作流程。
1.准备工作：a.打开电镜室门，确保电镜室的温度和湿度处于适宜范围内。
b.穿戴好实验室所需的个人防护装备，如手套、护目镜和实验服等。
c.打开电镜主机的电源，等待电镜系统启动完成。
2.样品制备：a.选择适当的样品，并将其切割成小块，大小约为2-5毫米。
b.将样品固定在样品架上，并使用导电胶固定好。
c.将样品架放入样品台的样品仓中，并调整好样品的位置。
3.调节参数：a. 调节电子束对准仪（Electron Beam Alignment）：使用电子束对准仪对电子束进行调节，使其准直，并使束斑圆形对称。
b.调节电镜放大倍数：根据样品的大小和需要的分辨率，选择合适的放大倍数。
c. 调节工作距离（Working Distance）：调节样品与电子枪的距离，以获得最清晰的图像。
4.图像获取：a. 打开电子枪（Electron Gun）和电子镜（Objective Lens），调节电子束的亮度和对比度，使图像清晰可见。
b.调节扫描线圈和透镜电流，根据需要调整图像的聚焦和深度。
c.使用电子束扫描样品表面，通过检测电子的散射信号，生成图像。
d.调整扫描速率和扫描模式，以获得更多的图像细节。
5.图像处理：a.将图像转移到计算机上，进行存储和分析。
b.使用图像处理软件对图像进行增强、增加对比度、调整亮度等操作，以改善图像质量。
c.使用测量工具对图像中的尺寸、表面形貌等进行检测和分析。
6.清洁和保养：a.使用真空泵或气体吹枪等清理系统内的灰尘和杂质，以保持显微镜的清洁。
b.对电子枪和电子镜等关键部件进行定期维护和清洁，以保证其正常运行和寿命。
以上是扫描电子显微镜的基本操作流程。
在实际操作中，还需要根据具体的样品和要求进行一些细微的调整和处理。
扫描电镜原理及提高图像质量的方法ppt课件
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(2)扫描系统
扫描系统是扫描电镜的特殊部件，它由扫 描发生器和扫描线圈组成。它的作用是：1)使入 射电子束在样品表面扫描，并使阴极射线显像管 电子束在荧光屏上作同步扫描；2)改变入射束在 样品表面的扫描振幅，从而改变扫描像的放大倍 数。
(1) 背散射电子像衬度
背散射系数η随原子序数Z的变化如图所示 (δ为二次电子产率)。可见，背散射电子信号 强度随原子序数Z增大而增大，样品表面上平均 原子序数较高的区域，产生较强的信号，在背 散射电子像上显示较亮的衬度。因此，可以根 据背散射电子像衬度来判断相应区域原子序数 的相对高低。
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(3)信号收集系统
扫描电镜应用的物理信号可分为： 1）电子信号，包括二次电子、背散射电子、 透射电子和吸收电子。吸收电子可直接用电流表 测，其他电子信号用电子收集器； 2）特征X射线信号，用X射线谱仪检测； 3）可见光讯号（阴极荧光），用可见光收 集器。
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电子能谱图
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特征X射线
简述扫描电镜的工作原理
简述扫描电镜的工作原理
扫描电镜是一种常用的物理分析方法，主要用于观察样品表面的微观结构。
其工作原理如下:
当扫描电镜使用高能量电子束来轰击样品时，电子束会被样品表面反弹回来，并被探测器接收。
探测器将接收到的电子信号转化为电信号，进而转换为图像。
在扫描电镜中，电子束可以通过电磁透镜聚焦在样品表面。
透镜系统可以控制电子束的大小和聚焦位置，从而控制样品表面的放大倍数。
同时，扫描控制系统可以实时地控制电子束的扫描位置和速度，从而得到高质量的图像。
扫描电镜的工作原理与高分辨率显微镜类似，但是其能够提供更高的放大倍数和更小的样品尺寸。
扫描电镜广泛应用于材料科学、纳米技术、生命科学、化学等领域，帮助研究人员更好地理解样品表面的结构和性质。
扫描电镜的工作原理是基于电子光学原理和探测器技术的结合。
通过控制电子束的扫描和聚焦，可以得到高质量的样品表面图像，帮助研究人员更好地研究样品的微观结构。
如何获得较好的扫描电镜高倍照片的心得
了。
样品是高分子材料薄膜，离子溅射黄金2分钟。
工作条件是100微米物镜光阑，工作距离为8mm，样品台倾斜角度0°，聚光镜数字值700，加速电压20kv，电子枪束流70微安。
图像扫描时间120秒。
使用仪器是国产的国产KYKY-2800B型。
主要心得如下：
1、选择最小的物镜光阑，可以减小物镜像差，获得更小加稳定的最终电子束斑；可以增大图像景深，有利于整幅图像都比较清楚。
2、选择较小的工作距离，最大限度缩最终小束斑尺寸。
3、样品台水平。
因为样品比较平，我怕有了角度从而使得图像景深加大，影响整幅图像的清晰。
4、聚光镜加到高分辨区域。
5、因为是高分子材料，加速电压20kv，可能有利于激发更多的二次电子。
6、图像扫描时间较长，获得更多的信号，提高信噪比！
7、国产扫描电镜相对进口产品被国内很多人认为非常差，甚至没法用，但在我看来根本是误解！其实硬件技术差距非常小，还需要使用人员增强信心。
对于要做高分子材料扫描电镜的同学，这个经验或许用得着啊！。
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扫描电镜成像的物理信号
特征X射线
• 背散射电子
•
它是被固体样品中原子反射回来
的一部分入射电子。又分弹性背散射电
子和非弹性背散射电子，前者是指只受
到原子核单次或很少几次大角度弹性散
射后即被反射回来的入射电子，能量没
有发生变化；后者主要是指受样品原子
核外电子多次非弹性散射而反射回来的
电子。
• 二次电子 它是被入射电子束轰击出来的样
电子束-样品交互作用区
一次电子束 ~ 10 nm: 二次电子
~ 1~2 mm: 背散射电子
交互作用区
~ 2~5mm: X-射线/阴极荧光
同一样品, 不同能量电子束
15 kV
5 kV
25 kV
不同样品, 同一能量电子束
碳
铁
银
2.分辨率(入射电子束斑直径)
入射电子束束斑直径是扫描电 镜分辨本领的极限。
对于热发射的钨丝电子枪其亮度可表达为
J c e V /k T A /c m 2s r
式中, Jc是电子枪的发射电流密度; V为加速 电压; k为玻尔兹曼常数;T 是电子枪灯丝工 作温度(K); e是电子的电荷.
3.信噪比
• 提高信噪比的途径：
• A.增大束流 (电子束的束电流Ip为))
;
(2) 吸收电子像衬度
吸收电子信号强度与二次电子及背散 射电子的发射有关，若样品较厚，即T=0， 则η +δ +α =1。这说明，吸收电子像的衬 度是与背散射电子像和二次电子像是互补 的。因此可以认为，样品表面平均原子序 数大的微区，背散射电子信号强度较高， 而吸收电子信号强度较低，两者衬度正好 相反。
Ip
2）特征X射线信号，用X射线谱仪 检测；
3）可见光讯号（阴极荧光），用
三、扫描电镜的成像(衬度)原理
1.形貌衬度 若设α 为入射电子束与试样表面
法线之间的夹角，实验证明，当对光 滑试样表面、入射电子束能量大于 1kV且固定不变时，二次电子产率δ 与α 的关系为
δ ∝ 1/cosα
实际样品的形状虽然复杂，但都可以被看 作是由许多位向不同的小平面组成的，扫描电 镜中入射电子束的方向是固定的，由于试样表 面凹凸不平，它对试样表面不同处的入射角是 不同的，由此产生二次电子的产额上的差异， 经调制放大便可得到反映样品形貌的二次电子 像。
电子束斑直径的计算公式
d2 1 2C s3 21.2224 2Ip/2
• 公式中，d为电子束斑直径， α 为孔径角， Cs为末级透镜的球差系数; λ 为入射电子波 长; Ip为电子束电流; β 为电子束的亮度.
式中第一项为球差,第二项是衍射差引起的, 第三项是无像差透镜形成的电子束直径。
2
断口照片
2.原子序数衬度 原子序数衬度又称为化学成分衬
度，它是利用对样品微区原子序数或 化学成分变化敏感的物理信号作为调 制信号得到的一种显示微区化学成分 差别的像衬度。这些信号主要有背散 射电子、吸收电子和特征X射线。
Байду номын сангаас
(1) 背散射电子像衬度
背散射系数η 随原子序数Z的变化 如图所示(δ 为二次电子产率)。可见， 背散射电子信号强度随原子序数Z增 大而增大，样品表面上平均原子序数 较高的区域，产生较强的信号，在背 散射电子像上显示较亮的衬度。因此， 可以根据背散射电子像衬度来判断相
部件，它由扫描发生器和扫描线圈组 成。它的作用是：1)使入射电子束在 样品表面扫描，并使阴极射线显像管 电子束在荧光屏上作同步扫描；2)改 变入射束在样品表面的扫描振幅，从 而改变扫描像的放大倍数。
扫描电镜应用的物理信号可分 为：
1）电子信号，包括二次电子、背 散射电子、透射电子和吸收电子。吸 收电子可直接用电流表测，其他电子 信号用电子收集器；
(1) 电子光学系统（镜 筒） (2) 扫描系统 (3) 信号收集系统 (4) 图像显示和记录系 统 (5) 真空系统
(1)电子光学系统（镜筒） 由电子枪、聚光镜、物镜和
样品室等部件组成。它的作用是将来 自电子枪的电子束聚焦成亮度高、直 径小的入射束来轰击样品，使样品产 生各种物理信号。
(2)扫描系统 扫描系统是扫描电镜的特殊
品核外电子，又称为次级电子。
• 在样品上方装一个电子检测器来 检测不同能量的电子，结果如图所 示。二次电子的能量比较低，一般 小于50eV；背散射电子的能量比较
电子能谱图
特征X射线 特征 X射线是原子的内
层电子受到激发之后，在能级跃迁 过程中直接释放的具有特征能量和 波长的一种电磁波辐射。
二、 扫描电镜的构造
如何利用扫描电镜拍出 高质量的图像
西安交通大学材料学院 王伟
S-2700扫描电镜
如何利用扫描电镜拍出高质量的图像
一、扫描电镜的工作原理 二、扫描电镜的构造 三、扫描电镜的成像(衬度)原理 四、影响扫描电镜像质量的主要因素 五、操作要点 六、样品制备
一、扫描电镜的工作原理
电子枪发射的电子束经两级聚光镜及物镜的 汇聚，形成具有一定能量、一定束流强度和束斑 直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样 表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。聚焦 电子束与试样相互作用，产生二次电子发射（以 及其它物理信号），二次电子信号被探测器收集 转换成电讯号，经视频放大后输入到显像管得到 反映试样表面形貌的二次电子像。
（3）特征X射线衬度
利用特征X射线只与元素种类有关的 特性，可对试样作成份检测。
四、影响扫描电镜像质量的主要因素
一幅高质量的图像应满足三个条件：首先 是分辨率高，显微结构清晰可辨；第二是信噪 比好,没有明显的雪花状噪声;第三是衬度适中, 图像中无论白区还是黑区细节都能看清楚。
影响扫描电镜像质量的主要因素
1. 入射束在样品中的扩展效应 2. 分辨率(入射电子束斑直径) 3. 信噪比 4. 杂散电磁场及机械振动 5. 样品的自然衬度
1. 入射束在样品中的扩展效应
电子束打到样品上，会发生散射，扩散范围 如同梨状或半球状。入射束能量越大，样品原子 序数越小，则电子束作用体积越大。因此，用不 同的物理信号调制的扫描像有不同的分辨本领。 二次电子扫描像的分辨本领最高，约等于入射电 子束直径，背散射电子为50-200 nm，X射线为 100-1000nm。