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突破掃描電鏡景深極限

 更新時間:2019-07-04 點擊量:2887

掃描電鏡作為一種基礎(chǔ)顯微成像工具,因具有超高的放大能力,從而被高校、科研院所、材料研發(fā)和質(zhì)量分析部門廣泛用于研發(fā)、生產(chǎn)過程。

 

相比于光學(xué)放大器件,掃描電子顯微鏡使用電子束進(jìn)行成像,放大、分辨能力比光學(xué)顯微鏡有非常大的提升。

 

   

圖1 金相樣品光學(xué)顯微鏡圖像 (左) 和掃描電鏡圖像 (右)

 

景深是一種普適用于所有的光學(xué)成像儀器的概念。所謂景深,就是照片中清晰圖像的范圍,景深越大,我們看到的視野中清晰的范圍就越大,或稱景深分辨能力強(qiáng);反之,景深越小(淺),視野范圍中能夠清晰的范圍越狹小,成像器材的景深分辨能力越弱(圖2)。

 

圖2 小景深和大景深

 

光學(xué)元件中,只有一個參數(shù)會直接影響景深分辨能力,那就是光束的收斂角的大或小。光束到達(dá)焦點后,收斂角越小,其得到的景深越深,例如在照相機(jī)中,光圈直徑的減小會直接將收斂角減小,景深則越深(如圖3)。

 

圖3 照相機(jī)中光圈對景深的影響示意圖

 

與光學(xué)顯微鏡相比,掃描電鏡的成像介質(zhì)(電子束)的匯聚性非常好,因此到達(dá)樣品表面的電子束收斂角通常非常小,因而電鏡的景深分辨能力往往比光學(xué)顯微鏡強(qiáng)(圖4)。

 

   

圖4 掃描電鏡 (右) 明顯比光學(xué)顯微鏡 (左) 具有更好的景深分辨能力

 

但是,我們也同樣需要明確,掃描電鏡的景深分辨能力并非無限大。在遇到一些極其特殊的樣品時,比如幾乎垂直放置的多層膜材料(圖5),即使是掃描電鏡也難以表現(xiàn)其全部細(xì)節(jié)。

 

圖5 近乎垂直放置的多層膜材料截面

 

Phenom 飛納電鏡為了應(yīng)對這一問題,開發(fā)了*的超景深成像模式。在該模式下,掃描電鏡可以根據(jù)樣品景深進(jìn)行全視野掃描,并自動計算視野所有位置上可以獲得清晰圖像的工作距離,隨后連續(xù)自動曝光,終得到理論景深無限制的掃描電鏡圖像。圖 6 展示了超景深模式開啟前和開啟后的圖像對比。

 

圖6 超景深模式開啟前后效果對比

 

超景深圖像可以滿足大景深成像的應(yīng)用場景,比如金屬、水泥等材質(zhì)的拉伸斷口這類縱深較大的樣品成像及分析(圖 7),獲得超景深圖像可以使研究人員輕松看到此類樣品的全部細(xì)節(jié)。

 

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圖7 超景深使用場景 (左:復(fù)雜形狀截面;右:多種材料拉伸斷口)

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