Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) — это аналитический прибор, который с помощью сфокусированного пучка электронов сканирует поверхность образца и, возбуждая и регистрируя вторичные электроны, характеристические рентгеновские лучи и другие сигналы, получает информацию о морфологии и составе поверхности образца. В процессе получения изображений на СЭМ ускоряющее напряжение является ключевым параметром, оказывающим существенное влияние на качество изображения. В данной статье подробно рассматривается влияние ускоряющего напряжения на формирование изображений на СЭМ, что поможет исследователям оптимизировать экспериментальные условия и повысить качество получаемых изображений.

I. Влияние ускоряющего напряжения на область воздействия падающих электронов

Чем выше ускоряющее напряжение, тем больше энергия падающих электронов, а значит, и глубина их проникновения в образец, а также степень рассеяния — соответственно, увеличивается и область, в которой могут генерироваться вторичные электроны. В результате зона их эмиссии расширяется от точки падения до нескольких сотен нанометров. Поэтому при наблюдении толстых образцов или при необходимости получить информацию на большой площади целесообразно повышать ускоряющее напряжение, что способствует улучшению качества изображения.

II. Влияние ускоряющего напряжения на разрешение поверхностных деталей образца

По мере увеличения ускоряющего напряжения возрастает область рассеяния падающих электронов, что приводит к расширению зоны вторичных электронов и снижению разрешения мелких деталей на поверхности образца. Поэтому при необходимости достижения наноразрешения мелких поверхностных структур целесообразно выбирать низкое напряжение. Например, при напряжении 1 кВ углеродные нанотрубки, адсорбированные на поверхности частиц, проявляются более отчётливо, чем при напряжении 5 кВ.

III. Влияние ускоряющего напряжения на радиационное повреждение

Некоторые образцы легко подвергаются радиационному повреждению, например органические полимеры, металлоорганические каркасы и биологические ткани. Чем выше ускоряющее напряжение, тем больше энергия, переносимая пучком, и тем сильнее как ударное, так и термическое повреждение. Поэтому для образцов, чувствительных к радиационному воздействию, рекомендуется использовать более низкое напряжение. Например, при ускоряющем напряжении 1 кВ поверхность сфер из ПММА остаётся ровной и хорошо округлённой, тогда как при 2 кВ на поверхности сфер появляются сжатые впадины.

IV. Влияние ускоряющего напряжения на зарядку непроводящих образцов

Чтобы избежать влияния зарядки на качество изображения непроводящих образцов, на их поверхность обычно напыляют проводящую плёнку толщиной в несколько нанометров. Однако для некоторых образцов этот метод оказывается недостаточно эффективным. При низком ускоряющем напряжении количество входящих и выходящих электронов относительно сбалансировано, и контрастность изображения получается равномерной. При более высоком ускоряющем напряжении явление зарядки проявляется значительно сильнее, что приводит к нарушению контрастности или появлению полос.

5. Влияние ускоряющего напряжения на отношение сигнал/шум изображения

Чем выше ускоряющее напряжение, тем больше энергия у падающих электронов, тем больше вторичных электронов возникает при их бомбардировке образца, тем сильнее сигнал и тем выше отношение сигнала к шуму. Поэтому при наблюдении крупных частиц размером в несколько микрометров, когда не требуется детализация поверхности, повышение ускоряющего напряжения способствует улучшению отношения сигнала к шуму и позволяет получить более чёткое изображение.

VI. Заключение

Ускоряющее напряжение является одним из ключевых параметров, влияющих на формирование изображения в сканирующем электронном микроскопе. Регулируя ускоряющее напряжение, можно в определённой степени оптимизировать качество изображения. В практической работе исследователям следует, исходя из особенностей образца, требуемого разрешения и соотношения сигнал–шум, грамотно подбирать ускоряющее напряжение, чтобы получить высококачественные результаты СЭМ‑изображений.

Столешный сканирующий электронный микроскоп ZEM20 компании ZEPTOOLS

Компания «Аньхой Цзэюй Технологии» — это научно‑инструментальная фирма, обладающая полностью самостоятельными правами интеллектуальной собственности. С начала 1990‑х годов, когда компания приступила к разработке электронных микроскопов и сопутствующего оборудования, её исследовательская команда неизменно стремится предоставлять высококачественные приборы для нанонаучных исследований. В настоящее время в компании работают… Пико Фемто Серия Система измерений в режиме in situ с использованием ТЭМ 、 Система измерений СЭМ в нативном состоянии 、 Столешный сканирующий электронный микроскоп серии ZEM 、 Ступенчатый измеритель серии JS 、 Нано‑представительный столик 、 Станок для переноса двумерных материалов 、 Пробоночная платформа и низкотемпературная система 、 Линейка с датчиком линейного перемещения Ряд продуктовых линеек, включая …, привлекли широкое внимание как на внутреннем, так и на международном рынках, заполнив многочисленные пробелы в отечественной сфере научно‑точных измерительных приборов.