您当前的位置: 首页 > 故事

工作距离的选择对电镜拍摄会有什么影响

2018-11-23 15:13:35

“TESCAN电镜学堂”又跟大家见面了,利用扫描电镜观察样品时会关注分辨率、衬度、景深、形貌的真实性以及其他分析的需要等等,不同的关注点之间需要不同的拍摄条件,有时甚至相互矛盾。

今天主要谈一谈电镜拍摄时工作距离的选择。

这里是TESCAN电镜学堂第11期,将继续为大家连载《扫描电子显微镜及微区分析技术》(本书简介请至文末查看),帮助广大电镜工作者深入了解电镜相关技术的原理、结构以及发展状况,将电镜在材料研究中发挥出更加的性能!

第三节 常规拍摄需要注意的问题

平时电镜使用者都进行常规样品的观察,常规样品不像分辨率标准样品那么理想,样品比较复杂,而且有时候关注点并不相同。因此我们要根据样品类型以及所关注的问题选择合适的电镜条件。

关注分辨率、衬度、景深、形貌的真实性、其它分析的需要等等,不同的关注点之间需要不同的电镜条件,有时甚至相互矛盾。因此我们必须明确拍摄目的,寻找适合的电镜条件,而不是贸然的追求大倍数。

电镜的工作条件包括很多,加速电压、束流束斑、工作距离、光阑大小、明暗对比度、探测器的选择等。本期将为大家介绍工作距离的影响。

§3. 工作距离的影响

① 分辨率

由前面的束斑尺寸公式我们就已经得知,不管任何电镜、任何电压束流条件,都是工作距离越近,分辨率越好。不过工作距离越近,操作越危险,需要操作者较为小心,避免试样碰撞极靴。而且工作距离越近,试样允许的倾转角度也受到更大的限制。

② 景深

除了分辨率外,有时候景深也是电镜图片非常重要的因素,特别是当倍数较大时,景深会大幅度缩小,试样稍有起伏则不能全部聚焦清楚。

景深有如下公式可以表示:

其中M为放大倍数、D为工作距离、d为电子束直径、α为光阑孔径。TESCAN所有的电镜都可以从软件中读取当前工作条件下的景深,如图5-27。

图5-27 TESCAN软件直接读取景深

从景深公式中我们可以知道,影响景深的几个工作参数:

工作距离越大,景深越大;

加速电压越大,电子束直径越小,景深越大;

束流越小,电子束直径越小,景深越大;

光阑孔径越小,景深越大;

放大倍数越小,景深越大。

另外,TESCAN电镜具有独特的景深模式,通过中间镜和物镜的聚焦配合,能够增加高倍数下的景深。此外,无磁场模式的景深要好于磁浸没式。

图5-28是不同距离下的景深效果,可以明显的看出长工作距离下的景深优于短工作距离,但是工作距离过长会导致分辨率的下降。

图5-28 工作距离对景深的影响

③ 衬度与工作距离的影响

对背散射电子来说,工作距离还会引起衬度的不同。工作距离较远时,极靴下背散射电子探测器的接收立体角较小,相对接收更高角的背散射电子信号;距离较近时,立体角变大,可以接收更多的低角背散射电子信号。图5-29,试样是抛光的金属镍,测试了不同区域的灰度值,可以发现工作距离较近时,不同的晶粒的灰度值相差更大,通道衬度更好。

图5-29 工作距离与背散射电子衬度

④ 物镜模式和附件的要求

采用半磁浸没式物镜时(MAIA的Depth或Resolution模式),需要较近的工作距离。半浸没式物镜的磁场仅在物镜附近,工作距离远了磁场不能将试样表面包住,使得电子束不能很好的聚焦到试样表面。因此在这种工作模式下,工作距离小于7mm。

如果插入了极靴下背散射电子探测器,由于探测器本身具有一定的厚度,所以工作距离也不能太近,否则会撞上探测器。插入极靴下背散射探测器的情况下,工作距离要大于6mm。如果工作距离更近了,可以拔出极靴下背散射探测器,改用镜筒内背散射电子探测器进行观察。在使用减速模式或者镜筒内二次电子探测器时,也需要相对较小的工作距离。

电镜的其它附件,比如EDS/WDS,由于这些附件自带准直器,需要有特定的工作距离,不在此工作距离下,附件会因为没有信号而不能正常工作。

福利时间

每期文章末尾小编都会设置1个问题,大家可以在留言区自由作答,每期在答对的朋友中我们会选出点赞数的两位送出本书的印刷版。

【本期问题】工作距离对背散射电子成像会有怎样的影响?

(快去留言区回答问题领取奖品吧↓)

奖品公布

上期获奖的两位用户@Yuki@Organometallics,请在3个工作日内后台私信小编邮寄地址,我们会在收到您的信息并核实后即刻寄出奖品。

电镜学堂“有奖问答”奖品 (印刷版书籍1本)

简介

《扫描电子显微镜及微区分析技术》是由业内的技术专家李威老师(原上海交通大学扫描电镜专家,现任TESCAN技术专家)、焦汇胜博士(英国伯明翰大学材料科学博士,现任TESCAN技术专家)、李香庭教授(电子探针领域专家,兼任全国微束分析标委会委员、上海电镜学会理事)编著,并于2015年由东北师范大学出版社出版发行。本书编者都是非常的电镜工作者,在科研领域工作多年,李香庭教授在电子探针领域有几十年的工作经验,对扫描电子显微镜、能谱和波谱分析都有很深的造诣,本教材从实战的角度出发编写,希望能够帮助到广大电镜工作者,特别是广泛的TESCAN客户。

↓ 往期课程,请戳以下文字或点击阅读原文:

电镜学堂丨扫描电子显微镜的基本原理(一) - 电子与试样的相互作用

电镜学堂丨扫描电子显微镜的基本原理(二) - 像衬度形成原理

电镜学堂丨扫描电子显微镜的基本原理(三) - 荷电效应

电镜学堂丨扫描电子显微镜的结构(一) - 电子光学系统

电镜学堂丨扫描电子显微镜的结构(二) - 探测器系统

电镜学堂丨扫描电子显微镜样品要求及制备 (一) - 常规样品制备统

电镜学堂丨扫描电子显微镜样品要求及制备 (二) - 特殊试样处理&试样放置

电镜学堂丨扫描电镜的基本操作 & 分辨率指标详解

电镜学堂丨电镜操作之如何巧妙选择加速电压?

电镜学堂丨电镜使用中,如何选择合适的束斑束流?

更多详情内容请关注“TESCAN公司”微信公众号查看

推荐阅读
图文聚焦