束流強度對掃描電鏡成像質量的影響

其實，除了加速電壓與樣品的導電性，電鏡的束流強度、圖像亮度對比度、圖像像散等都會影響掃描電鏡圖像的成像質量。今天，這篇文章將圍繞如何選擇束流強度，提高樣品的成像質量。

掃描電鏡的發射束流強度對圖像的信噪比和分辨率（resolution）有著決定性的影響。大束流可以提高圖像的信噪比，但是分辨率較低。小束流則正好相反，具有較高的分辨率，但信噪比較差。

在這里，小編需要給大家簡單科普一下分辨率與信噪比的含義，有利于大家理解后面的內容：

分辨率是掃描電鏡主要性能指標，對成像而言，指能分辨兩點之間的最小距離（如圖 1 所示）。通常來說，分辨率越高，樣品的邊緣會越鋒利。

圖1  分辨率定義（兩點間距圖）

對于信噪比，是指一個電子設備或者電子系統中信號與噪聲的比例。如圖 2 (a) 所示，圖像出現許多雪花點，說明圖像的信噪比較差，當信噪比較差時，聚焦會非常困難，很難獲取高質量圖片。

圖 2  信噪比對比

束流強度默認有 Low 或 Charge Red（低束流）、Image（標準束流）、Point（能譜點掃）、Map（能譜線面掃）四檔可選。

通過與用戶交流，發現許多用戶通常使用 10kV 與 Image（標準束流），當圖像信噪比較差時（雪花噪點比較多），會通過增大加速電壓（15kV）與束流強度（Point、Map）去提高圖像的信噪比。

對于低束流（Low），很少有用戶去使用它，但對于經常拍攝高倍率圖像的用戶而言，低束流（Low）的重要性不言而喻。

現在，通過幾組圖片，讓大家更好地理解低束流對于高倍率圖像的重要性。

1. 樣品為金顆粒，放大倍數 150000X

掃描電鏡數：加速電壓為 15kV，束流強度分別為Low（左）、Image（右）

2. 樣品為硬質合金，放大倍數為 10000X

掃描電鏡參數：加速電壓為 15kV，束流強度分別為 Charge Red（左）、Image（右）

3. 樣品為礦石材料，放大倍數為 40000X

掃描電鏡參數：加速電壓為15kV，束流強度分別為Low（左）、Image（右）

4. 樣品為電極材料，放大倍數為 80000X

掃描電鏡參數：加速電壓為 10kV，束流強度分別為 Low（左）、Image（右）

5. 樣品為無機材料，放大倍數為 50000X

掃描電鏡參數：加速電壓為 15kV，束流強度分別為Low（左）、Image（右）

在使用低束流時，圖像的分辨率更高，成像質量更好。但是如果樣品的導電性一般，信號弱，過低的束流強度會導致圖像聚焦、消像散非常困難和噪音信號太大等問題，從而影響圖像質量。為了兼顧分辨率與信噪比這種相互矛盾的關系，選擇適中的束流強度是十分重要的。

總結

1. 當選用低束流（Low 或 Charge Red）拍攝高倍率掃描電鏡圖像時，選擇最高加速電壓；

2. 當選用低束流（Low 或 Charge Red）拍攝高倍率圖像時，發現圖像信噪比較差（圖像雪花點較多），無法正常聚焦等操作，可以嘗試逐漸增大束流強度（Image Point）。