掃描電鏡作為一種基礎顯微成像工具,因具有超高的放大能力,從而被高校、科研院所、材料研發(fā)和質(zhì)量分析部門(mén)廣泛用于研發(fā)、生產(chǎn)過(guò)程。
相比于光學(xué)放大器件,掃描電子顯微鏡使用電子束進(jìn)行成像,放大、分辨能力比光學(xué)顯微鏡有非常大的提升。
圖 1 金相樣品光學(xué)顯微鏡圖像 (左) 和掃描電鏡圖像 (右)
景深是一種普適用于所有的光學(xué)成像儀器的概念。所謂景深,就是照片中清晰圖像的范圍,景深越大,我們看到的視野中清晰的范圍就越大,或稱(chēng)景深分辨能力強;反之,景深越?。\),視野范圍中能夠清晰的范圍越狹小,成像器材的景深分辨能力越弱(圖2)。
圖 2 小景深和大景深
光學(xué)元件中,只有一個(gè)參數會(huì )直接影響景深分辨能力,那就是光束的收斂角的大或小。光束到達焦點(diǎn)后,收斂角越小,其得到的景深越深,例如在照相機中,光圈直徑的減小會(huì )直接將收斂角減小,景深則越深(如圖 3)。
圖 3 照相機中光圈對景深的影響示意圖
與光學(xué)顯微鏡相比,掃描電鏡的成像介質(zhì)(電子束)的匯聚性非常好,因此到達樣品表面的電子束收斂角通常非常小,因而電鏡的景深分辨能力往往比光學(xué)顯微鏡強(圖4)。
圖 4 掃描電鏡 (右) 明顯比光學(xué)顯微鏡 (左) 具有更好的景深分辨能力
但是,我們也同樣需要明確,掃描電鏡的景深分辨能力并非無(wú)限大。在遇到一些極其特殊的樣品時(shí),比如幾乎垂直放置的多層膜材料(圖 5),即使是掃描電鏡也難以表現其全部細節。
圖5 近乎垂直放置的多層膜材料截面
Phenom 飛納電鏡為了應對這一問(wèn)題,開(kāi)發(fā)了超景深成像模式。在該模式下,掃描電鏡可以根據樣品景深進(jìn)行全視野掃描,并自動(dòng)計算視野所有位置上可以獲得最清晰圖像的工作距離,隨后連續自動(dòng)曝光,最終得到理論景深無(wú)限制的掃描電鏡圖像。圖 6 展示了超景深模式開(kāi)啟前和開(kāi)啟后的圖像對比。
超景深模式開(kāi)啟前
超景深模式開(kāi)啟后
超景深圖像可以滿(mǎn)足大景深成像的應用場(chǎng)景,比如金屬、水泥等材質(zhì)的拉伸斷口這類(lèi)縱深較大的樣品成像及分析(圖 8),獲得超景深圖像可以使研究人員輕松看到此類(lèi)樣品的全部細節。
圖 8 超景深使用場(chǎng)景 (左:復雜形狀截面;右:多種材料拉伸斷口)