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技術文章

蔡司掃描電鏡低電壓檢測導電性能不佳的材料

閱讀:562          發(fā)布時間:2023-2-9

導電性能不佳的材料如陶瓷、β-環(huán)糊精、二氧化硅、細菌等,在利用蔡司掃描電鏡進行顯微結(jié)構(gòu)的表征分析時,往往出現(xiàn)非常嚴重的荷電現(xiàn)象,進而得到襯度異常、形變或樣品漂移的失真圖像。這是由于在掃描電鏡中,當電子束源源不斷的轟擊到樣品上時,入射電子的電流等于二次電子電流、背散射電子電流、樣品接地電流和荷電電流的總和。

蔡司場發(fā)射掃描電鏡

   對于導電性能好的樣品,入射電子束產(chǎn)生的荷電電荷通過接地導走,不存在表面荷電現(xiàn)象。而對于導電性能不佳的樣品,其接地電流幾乎為零。當樣品表面產(chǎn)生的二次電子和背散射電子的總和小于入射電子數(shù)時,樣品表面呈負電位,在負電場的作用下使電子獲得加速,更多的電子被探測器接收到,二次電子圖像發(fā)亮;當樣品表面產(chǎn)生的二次電子和背散射電子的總和多于入射電子數(shù)時,樣品表面呈正電位,正電場將電子吸引回樣品內(nèi),使探測器中接收到的電子數(shù)量減少,二次電子圖像呈現(xiàn)局部發(fā)黑的現(xiàn)象。如圖1a所示,用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)拍攝不導電的碳纖維形貌,采用10kV的加速電壓,樣品出現(xiàn)了非常嚴重的荷電現(xiàn)象,圖像同時表現(xiàn)出局部發(fā)亮和發(fā)黑的情況。

  

蔡司掃描電鏡

 

  圖1 場發(fā)射掃描電鏡不同加速電壓拍攝碳纖維形貌 a) 10kV, b) 5kV, c) 2kV

  目前常見的減輕荷電現(xiàn)象的方法是通過離子濺射或蒸鍍的方法,在樣品表面沉積或鍍上一層比較均勻、細膩的金屬層,從而增加樣品的導電性。但該方法仍然不能有效解決樣品出現(xiàn)荷電現(xiàn)象的問題,還可能掩蓋樣品的真實結(jié)構(gòu)。場發(fā)射掃描電鏡具有良好的發(fā)射電流穩(wěn)定度和優(yōu)異的低壓圖像質(zhì)量。一般加速電壓范圍在1kV~30kV分檔或連續(xù)可調(diào)。加速電壓的高低決定了入射電子束能量的高低,從而影響了入射電子的擴展范圍。使用低加速電壓,由于其電子束能量低、作用范圍小,激發(fā)出的二次電子能量少,不僅可以減少對樣品的損傷,還能有效的減少樣品表面荷電現(xiàn)象,更適合觀測不導電樣品。昆山友碩


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