【摘要】 20世纪80 年代 Danilatos等学者研制成功环境扫描电子显微镜(ESEM),能有效减小和消除绝缘材料、含水、含油等材料荷电效应。

20世纪80 年代 Danilatos等学者研制成功环境扫描电子显微镜(ESEM),能有效减小和消除绝缘材料、含水、含油等材料荷电效应。ESEM样品室可为不同气氛的高气压低真空环境。因此，它不但克服了常规SEM无法直接观察绝缘样品及含水、含油等“湿”样品，而且还能用来对材料微观表面反应或变化进行动态观察，为反应机理的研究提供了有利的工具。

 

ESEM的荷电补偿及成像原理见图一。在样品室内通入气体，当电子的动能超过气体电离能就会发生电离碰撞，使气体分子产生正离子和电子。正离子与样品表面的电子中和，消除样品表面堆积的电荷。同时，气体分子与信号电子碰撞，产生级联效应-气体离子的雪崩，形成了大量的环境SE，被气体SE探头提供的偏压Vα(一般为+300V～+600V）加速和吸引。若样品到电极的距离为d，则:初始电流放大倍率为g=exp(αd) ,α为汤森电离系数，与外加电场强度有关。

 

图一 环境扫描电镜荷电补偿原理示意图

 

ESEM的电子光学构造与常规SEM相同，由电子枪、聚光镜、扫描系统、探测和成像系统组成。ESEM 与常规SEM 的显著区别是它的真空系统和探测系统。ESEM样品室内的压力可高达2600Pa。而电子枪必须在优于10-3Pa的高真空环境下工作，因此必须采用分级泵形成真空梯度。此外，需要配合两级压差光阑(PLA1和PLA2)，保证电子枪部分的真空度优于10-3pa(钨灯丝电子枪)。Quanta 200 ESEM的PLA1和 PLA2的直径分别为500um和 200um。

 

ESEM的探测系统包括:(1）在高真空模式（HV)中采用普通SEM中的ETD二次电子探头(Everhart-Thornley Detector，ETD);(2)在低真空模式(LV)中采用大视野气体二次电子探头( Large Field Gaseous Secondary Electron Detector，LFD);(3)在环境真空模式(ESEM）中采用环状气体二次电子探头(Gaseous Secondary Electron Detector，GSED)。BSE探头在HV和LV模式中都可以使用。

 

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