經(jīng)過(guò)百年的發(fā)展，目前市場(chǎng)上掃描電子顯微鏡的加速電壓范圍一般都在200V~30kV之間。加速電壓越高，電子束波長(zhǎng)越短，掃描電鏡的分辨力越高。當(dāng)對(duì)不同試樣進(jìn)行不同目的地觀測(cè)時(shí)，往往要調(diào)節(jié)加速電壓和束流參數(shù)。那么加速電壓應(yīng)該如何選取，加速電壓究竟會(huì)對(duì)掃描電鏡的觀測(cè)造成哪些影響呢？

掃描電鏡激發(fā)試樣的能量主要取決于入射束的加速電壓，當(dāng)高能量的電子束入射到同一試樣中時(shí)，入射電子束與試樣相互作用區(qū)范圍的大小隨加速電壓的升高而增大；在同一加速電壓下，隨試樣組分密度的增大而減小。電鏡圖像的反差通常也會(huì)隨加速電壓的升高而增大，圖像的表面細(xì)節(jié)也會(huì)隨加速電壓的增高而減少。

如圖a和b所示。在實(shí)際工作中要采集到一幅好照片，除了要有好的儀器設(shè)備之外，選擇合適的加速電壓值也是很重要的一步。選擇高、低不同的加速電壓各有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，通常應(yīng)根據(jù)試樣的組分和分析目的的不同來(lái)考慮，即金屬試樣一般會(huì)選擇較高的加速電壓，輕元素組成的試樣一般會(huì)選擇較低的加速電壓。

圖a  3kV拍攝試樣表面（掃描電鏡拍攝）

圖b  20kV拍攝試樣表面（掃描電鏡拍攝）

（1）選擇高加速電壓的優(yōu)點(diǎn)

加速電壓越高入射電子束的波長(zhǎng)越短，也就越容易得到高分辨力的圖像，還有抗外部電磁場(chǎng)的干擾能力也會(huì)增強(qiáng)，也不易受到試樣表層污染斑的影響，所以高的加速電壓比較適合拍攝高倍率的圖像。

（2）選擇高加速電壓的缺點(diǎn)

所獲得的圖像會(huì)缺少表面信息和細(xì)節(jié)，易呈現(xiàn)高反差，特別是會(huì)明顯增大邊緣效應(yīng)，使得到的圖像欠柔和，也會(huì)使圖像容易呈現(xiàn)生硬的感覺(jué)。另外，高的加速電壓、大的束斑也容易造成試樣的放電和損傷，以及圖形的漂移。

（3）選擇低加速電壓的優(yōu)點(diǎn)

掃描電鏡圖像的成像信息來(lái)源越趨于表面，圖像的表面細(xì)節(jié)就越顯得豐富、細(xì)膩，特別是會(huì)明顯減少邊緣效應(yīng)，使得到的圖像顯得更協(xié)調(diào)、柔和，如圖 a 所示。另外，低加速電壓、小束斑對(duì)試樣表面的損傷小，不容易造成試樣的荷電和圖像的漂移，也會(huì)減輕對(duì)試樣的損傷。

（4）選擇低加速電壓的缺點(diǎn)

加速電壓越低，電子束的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，越不容易得到高分辨力的圖像，所以低加速電壓僅適合于拍攝放大倍率不太高的圖像，還有信噪也比較差，抗外部電磁場(chǎng)的干擾能力也較弱，對(duì)試樣表層所受的污染會(huì)變得更敏感，所以不易得到高清晰和高分辨力的圖像。

總之，在選擇加速電壓時(shí)，要考慮到高/低壓各自的優(yōu)缺點(diǎn)，全盤(pán)考慮、衡量之后再做決定。選擇較低的加速電壓有可能會(huì)影響圖像的信噪比，但所獲得的圖像表面信息量往往會(huì)更多、更豐富，這是很可取的一點(diǎn)，所以在使用掃描電鏡采集照片時(shí)應(yīng)根據(jù)試樣的具體情況和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)需求進(jìn)行綜合考慮來(lái)選擇合適的加速電壓。

ZEM15臺(tái)式掃描電鏡

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