ZEISS Sigma 500热场发射黑河扫描电镜操作技巧
黑河扫描电子显微镜( scanning electron micro-scope/SEM,简称扫描电镜)是-种利用高能聚焦电子束扫描样品表面,从而获得样品信息的电子显微镜。扫描电镜具有放大倍数范围大、连续可调、分辨率高、景深大、成像富有立体感、样品舱空间大且样品制备简单等特点。另外,扫描电镜可以配备诸如EDS.BSD. EBIC等多种探测器,除形貌观察以外可以同时进行显微组织形貌的观察及成分和晶体微观结构的分析,因此扫描电镜在许多领域都有广泛应用。目前扫描电镜电子枪发射源主要有钨灯丝、六硼化镧灯丝和场发射(包括热场和冷场)。
本文主要以ZEISS Sigma 500热场发射扫描电镜为例，详细介绍扫描电镜的操作技巧及日常维护工作。
2扫描电镜的操作与技巧
2.1样品制备
常规电镜样品制备要求样品必须是干燥的,不含水分或挥发性物质;具有一定机械强度,能经受电子束轰击;导电性良好,被激发时能够产生足够多的二次电子(导电性不好则须进行喷镀处理);无磁性。
对于导电的块状样品,除了大小要适合仪器样品台尺寸外,基本不需进行其他处理,用导电胶将样品粘在样品台上,即可在扫描电镜下观察。
对于粉末样品则需粘附在样品台上,方法是在样品台上先贴一层导电胶,将试样用牙签或棉棒蘸取后均匀的撒在上面,待试样被粘牢后用洗耳球将表面未被粘住的样品吹去或将样品制备成悬浮液滴在铜片或硅片，上,待溶剂挥发后粘附到样品台上观察。
对于生物样品要经清洗、固定、脱水、干燥、镀膜后才能观察。
对于非导电或导电性差的样品,需进行镀膜处理,在材料表面镀一层导电膜，以避免在电子束照射下产生电荷积累，影响图象质量,并可以防止样品的热损伤。
2.2进样观察
充气后打开舱门,将样品台卡在基座上,抽真空至听到机器“咔”声响，此时Vacuum面板中Sys-temVacuum的值约为5X10-smbar,可以开始测试样品。在TV模式下,通过摇杆将样品台移到合适的工作距离;打开并选择合适的加速电压(EHT),导电性差的样品可以选择1~3kV,导电性好的样品可以选择10kV及以上的高电压;在Aper-ture面板中选择合适的光阑,一般选30pm即可(视样品情况而定)。
选择合适的成像探头(一般二次电子成像选择SE2或Inlens探头),调节Mag/Focus旋钮,低倍聚焦使能看清样品，移动样品台到感兴趣的区域，调节亮度(Brightness)和对比度(Contrast)使图像明暗合适;使用Reduce小窗口调焦,提高放大倍数后聚焦，如此反复直至所需要的放大倍数。如果在聚焦过程中发现图像边界模糊变形.像散严重，则需要调节操作面板中的消像散旋钮(Stigmation)使模糊边尽量减小,再聚焦直至图像清晰。如果已经得 到所需要的图像即可降噪保存。
2.3出样
将探头由SE2模式或者Inlens模式切换为TV模式,在状态栏中点击All,选择EHT off关闭高压;在Vacuum面板中点击Vent 充气,打开舱门取出样品后点击Pump重新抽真空,结束测试。
2.4拍摄高质量图像的技巧
形貌观察的目标是为了得到高质量的理想图像,因此对于不同种类的样品也要采取不同的操作方法与技巧18-11],本文以ZEISS Sigma 500为例,从加速电压的选择、光阑的选择、探头的选择、像散的影响以及镀膜的影响等方面介绍了拍摄高质量图像的方法。
2.4.1加速电压的选择
加速电压(EHT)的大小决定了电子枪发射电子的能量高低。原则上,高加速电压能够增加探测信号的产率与强度，提高图像清晰度,但也需考虑样品的导电性,选择合适的加速电压。如图4所示(a,b,c,d分别为在3kV ,5kV ,10kV,15kV下拍摄的样品图像),在不同加速电压下，高电压时所获取的样品表面信息相对减少,荷电问题随电压升高而加重。因此,较低的电压有利于观察导电性稍差的样品表面形貌,并能有效地改善荷电问题。
2.4.2光阑的选择
光阑的选择应适度,光阑越大接收到的电子束束流越大,电子束的束斑直径越小。对于不导电或导电性差的样品,电子束流越大,样品荷电现象越严重,难以得到理想的图像;反之，如果电子束流过小,探测器接收到的信号减弱分辨率下降，同样难以得到高质量的图片。因此光阑的选择需视具体的测试情形而定。
2.4.3 探头的选择
Inlens探头的更高加速电压为20kV,图像分辨率更高，当需要高倍成像及观察样品表面细节时常选用该探头;SE2探头的更高加速电压为30kV,拍摄的图片立体感强，当样品放电严重或需要大景深、强立体感时常选用该探头。如图5(a,b)所示，Inlens模式下图像的分辨率更高但缺乏立体感，SE2模式下景深大、立体感强但清晰度略低手In-lens模式。
