扫描电镜在非导电样品观察中的处理方法


发布时间:

2023-12-11

扫描电子显微镜(SEM)是一种利用电子束扫描样品表面,通过检测样品发射的二次电子或背散射电子,来获取样品的形貌、结构和成分等信息的仪器。SEM的优点是分辨率高、放大倍数大、深度广、样品制备简单等,但也有一些局限性,其中之一就是对非导电样品的观察。

扫描电子显微镜(SEM)是一种利用电子束扫描样品表面,通过检测样品发射的二次电子或背散射电子,来获取样品的形貌、结构和成分等信息的仪器。SEM的优点是分辨率高、放大倍数大、深度广、样品制备简单等,但也有一些局限性,其中之一就是对非导电样品的观察。

非导电样品是指那些电阻率高、不能有效地将电荷传导到地线的样品,如绝缘体、半导体、生物组织等。这类样品在SEM中观察时,会遇到充电效应的问题,即入射电子束在样品表面产生的电荷不能及时排除,而在样品表面积累,形成高电位,从而影响电子束的聚焦、偏转和稳定性,导致图像的失真、模糊、漂移等现象,降低图像的质量和可靠性。

为了避免或减轻充电效应,对非导电样品的观察中,需要采取一些特殊的处理方法,主要有以下几种:

镀膜法:在非导电样品表面镀上一层薄而均匀的导电膜,如金、碳、铂等,使样品表面具有一定的导电性,从而消除或减少电荷的积累。镀膜法的优点是简单、有效,适用于大多数非导电样品,但也有一些缺点,如可能改变样品的原始形貌和成分,掩盖样品的微观结构和细节,增加样品的制备时间和成本等。

低真空法:在SEM的样品室内充入一定压力的气体,如水蒸气、氮气、氦气等,使样品周围形成一个低真空的环境,利用气体分子的电离和复合,中和样品表面的电荷,从而抑制或消除充电效应。低真空法的优点是不需要对样品进行镀膜,保持样品的原始状态,适用于含水、易挥发、敏感的样品,但也有一些缺点,如降低了电子束的亮度和分辨率,增加了仪器的复杂性和成本等。

低电压法:降低入射电子束的加速电压,减少电子束在样品表面的穿透深度,使样品发射的二次电子和背散射电子的数量增加,从而平衡或抵消入射电子束带来的电荷,达到减轻或消除充电效应的目的。低电压法的优点是不需要对样品进行镀膜,提高了二次电子的信号强度,增强了表面形貌的反差,但也有一些缺点,如降低了背散射电子的信号强度,减弱了成分和晶体结构的反差,限制了电子束的聚焦和稳定性等。

 

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