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非導電樣品如何在掃描電鏡中成像?

日期:2025-05-15

非導電樣品在掃描電鏡(SEM)中成像時會面臨一個主要問題:電荷積累(charging)。因為電子束轟擊非導體后,電子無法迅速導出,導致樣品表面積累負電荷,從而產生圖像漂移、亮度不均甚至成像失敗。

為了解決這個問題,常用以下幾種方法來提高非導電樣品的成像質量:

1. 噴金或碳鍍膜(導電涂層) ——常用方法

原理:在樣品表面覆蓋一層極薄的導電材料,使電子能夠流走,避免電荷積累。

常用材料:

金(Au):成像清晰、導電性好,適合高分辨率成像。

碳(C):適合能譜分析(EDS),不會引入金屬元素干擾。

鉑(Pt)、鈀(Pd)、鉻(Cr):根據分辨率或元素背景需求選擇。

鍍膜厚度:幾納米到幾十納米,視樣品尺寸與分辨率需求而定。

方法:使用噴金儀、碳蒸發器等設備進行真空鍍膜。

2. 低真空或環境掃描電鏡(Low Vacuum / ESEM)

原理:利用殘余氣體(如水蒸氣或氮氣)中和樣品積聚的電荷。

優點:不需要鍍膜,適合不耐高溫或需保持原貌的樣品(如生物樣本、濕樣品)。

局限:分辨率略低于高真空模式。

3. 使用低加速電壓(Low kV Imaging)

原理:減小電子束能量(如降低至 1–5 kV),減少注入電子數量,從而減輕電荷積累。

優點:無需涂層,適合部分敏感樣品。

缺點:成像信號弱,景深和分辨率可能降低。

4. 傾斜樣品或使用導電膠與樣品座連接

將樣品邊緣用導電膠或銅箔連接到樣品托盤(樣品座)上,使表面電荷得以泄放。

適合邊緣導電但表面不導電的樣品,例如某些涂層、復合材料。

5. 圖像后處理(僅補救用)

在部分電荷效應較輕的情況下,可通過圖像處理軟件(如噪聲去除、圖像對齊)部分改善圖像質量,但不能替代物理手段。


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作者:澤攸科技


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