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掃描電鏡像差科普之各種像差產生的原因及如何減少其對成像的影響

瀏覽次數:1386 發布日期:2025-1-3  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負

​我們在使用普通光學透鏡時,把光作為介質進行成像,通過玻璃透鏡的折射偏轉把光匯聚成“一點”來聚焦成像。掃描電鏡使用的介質不是光,而是電子。雖然介質不同,但是與光學玻璃透鏡一樣,掃描電鏡也普遍存在像差問題,而這些各種各樣的像差,正在背后悄悄地影響著電鏡成像。

下面我們來了解一下各種像差產生的原因,以及如何減少像差對成像的影響。

  • 球 差

由于透鏡邊緣部位和中間部位的折射偏轉能力不同,導致各條射線不會匯聚到同一個點上,從而在高斯平面上得不到清晰的像點,而是一個模糊的彌散圓斑,這種現象稱為球差。如下圖所示:
 

理論證明,電磁透鏡的球差是不能消除的。有一些高端透射電鏡中使用了球差矯正器用于提高分辨率,而掃描電鏡上現在還沒有添加球差矯正器。但是掃描電鏡會通過減小孔徑角等其他措施來減小球差。
 

  • 彗 差

由于物點在透鏡中心軸的軸外,使得電子束與軸線傾斜成一定角度,破壞透鏡的對稱性,從而產生另一種像差—彗差。彗差嚴重時,成像面(高斯面)上不會得到清晰的點,而是會形成像彗星一樣沿某一方向延伸的模糊圖像。如下圖所示:
 

在電鏡中,由于物點不會偏移很大,所以只要保證機械軸和光軸的合軸度較好,系統產生的彗差一般對成像的影響很小。
 

  • 像 散

當焦距處在過焦或者欠焦狀態時,聚焦的束斑會呈現 90° 交錯的橢圓形狀,雖然在正焦位置束斑形狀不是橢圓,但是會由于束斑過大而成像模糊,這種像差現象稱為—像散。如下圖(a)所示。

飛納電鏡中配備了消像散器,通過調節 8 個小線圈中的電流大小來產生附加磁場,用于矯正不對稱的橢圓形束斑,使得最終到達試樣表面的束斑稱為一個旋轉對稱、邊界清晰的理想圓斑。

  • 色 差

當設備電源電壓略有不穩時,會使加速電壓產生波動,從而影響發射電子的能量。電子的能量差異會導致電子束波長不一致,所以不同能量的電子會沿著不同的軌跡聚焦,最終聚焦在不同的焦點上,出現成像模糊。這種像差現象稱為—色差。如圖所示。
 

產生色差的主要原因為供電電壓不穩、電子發射位置不一致(燈絲原因)等。為了減小圖像色差,電源配備穩壓器或者不間斷電源(UPS)還是有必要的。

以上就是常見的幾種像差,有一些無法消除,只能通過硬件改善,有一些是可以通過操作消除掉的。對于無法消除的,飛納電鏡已經在硬件方便做到了最優,比如高精度的裝配,保證機械軸和光軸的合軸等等。對于可以消除,比如像散,飛納電鏡也配備了消除像散的操作頁面,使操作人員更方便地消除像散,改善成像。

發布者:復納科學儀器(上海)有限公司
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E-mail:cici.yang@phenom-china.com

標簽: 掃描電鏡
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