數學為什么重要？用公式解釋掃描電鏡低電壓觀察不導電樣品的優勢

什么是荷電效應？

掃描電子顯微鏡主要用于樣品表面微觀形貌觀察，但在觀察樣品過程中經常由于荷電效應使得圖像異常變亮、畸變，甚至出現圖像模糊的情況，嚴重影響成像質量。

圖1固體絕緣材料的電子發射特性曲線。橫坐標為入射電子能量，縱坐標為試樣的電子產率。荷電現象可以用基爾霍夫電流定律表示，即在任一瞬時流向某一結點的電流之和等于由節點流出的電流之和。可用以下公式表達：

其中 Ip 是入射電子的電流，δIb 是背散射電子和二次電子的電流之和，Isc 是樣品接地電流，Q 為時間 t 內的放電電荷。

圖 1 絕緣體次級發射曲線

對于絕緣材料或者導電性不好的材料，接地電流 Isc 幾乎為零，若要樣品不放電（dQ/dt 等于 0），則 δ 必須等于 1，即入射電子的電流等于背散射于二次電子的電流之和。

從圖 1 中可知只有加速電壓為 E1 或者 E2 時，才能達到電荷平衡。當 δ< 1 時，樣品表面產生的背散射與二次電子總額少于入射電子數，樣品表面呈負電位，在負電場的作用下電子被加速，更多的電子被探測器收集到，因此圖像會變得很亮。多數絕緣材料的 E2 點在 1.5KV-3KV 之間，個別可以達到 5KV。

降低荷電效應 

方案1.選擇低加速電壓

低加速電壓下，入射電子數與背散射、二次電子產額之和達到平衡，能夠很好的改善樣品放電現象。

陶瓷（5KV）

2.表面鍍膜處理

在樣品表面鍍上一層導電膜不僅能夠改善樣品的導電性，而且能夠提高樣品信號量。圖 2 是紙張的掃描電鏡照片，圖 2 (a) 是沒有鍍膜的樣品照片，圖 2 (b) 是鍍膜后的樣品照片。從圖中可以明顯看出兩者的差別。鍍膜也有其缺點，鍍膜會在樣品表面覆蓋一層薄膜，掩蓋樣品表面真實形貌。

3.采用低真空模式

圖 3 是使用飛納臺式掃描電鏡（Phenom XL）拍攝的梧桐樹皮照片，圖 3 (a) 是在高真空模式（HIGH）下拍攝的圖片，樹皮表面放電現象明顯，局部區域發亮；采用低真空模式（LOW）拍攝，可以發現樣品表面放電現象消失。