扫描电镜分辨率

在做扫描电子显微镜（SEM）测试时，科学指南针检测平台工作人员在与很多同学沟通中了解到，好多同学对sem测试不太了解，针对此，科学指南针检测平台团队组织相关同事对网上海量知识进行整理，希望可以帮助到科研圈的伙伴们；

分辨率指能分辨的两点之间的最小距离。分辨率d可以用贝克公式表示：d=0.61l/nsina ，a为透镜孔径半角，l为照明样品的光波长，n为透镜与样品间介质折射率。对光学显微镜 a＝70°－75°，n=1.4。因为 nsina<1.4，而可见光波长范围为： l＝400nm-700nm ，所以光学显微镜分辨率 d@0.5l ，显然 d >200nm。要提高分辨率可以通过减小照明波长来实现。SEM是用电子束照射样品，电子束是一种De Broglie波，具有波粒二相性，l＝12.26/V0.5(伏) ，如果V＝20kV时，则l＝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 。高分辨率的电子束直径要小，分辨率与子束直径近似相等。

影响扫描电镜的分辨率的主要因素有：

1.入射电子束束斑直径：为扫描电镜分辨率的极限。一般，热阴极电子枪的最小束斑直径可缩小到6nm，场发射电子枪可使束斑直径小于3nm。

2.入射电子束在样品中的扩展效应：扩散程度取决于入射束电子能量和样品原子序数的高低。入射束能量越高，样品原子序数越小，则电子束作用体积越大，产生信号的区域随电子束的扩散而增大，从而降低了分辨率.

3.成像方式及所用的调制信号：当以二次电子为调制信号时，由于其能量低(小于50 eV)，平均自由程短（10~100 nm左右），只有在表层50～100 nm的深度范围内的二次电子才能逸出样品表面， 发生散射次数很有限，基本未向侧向扩展，因此，二次电子像分辨率约等于束斑直径。当以背散射电子为调制信号时，由于背散射电子能量比较高，穿透能力强，可从样品中较深的区域逸出(约为有效作用深度的30％左右)。在此深度范围，入射电子已有了相当宽的侧向扩展，所以背散射电子像分辨率要比二次电子像低，一般在500～2000nm左右。如果以吸收电子、X射线、阴极荧光、束感生电导或电位等作为调制信号的其他操作方式，由于信号来自整个电子束散射区域，所得扫描像的分辨率都比较低，一般在l 000 nm或l0000nm以上不等。

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