sem掃描電鏡中的透射模式STEM成像原理

掃描電子顯微鏡已成為表征物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)不可或缺的儀器。在掃描電鏡中，電子束與試樣的物質(zhì)發(fā)生相互作用，可產(chǎn)生二次電子、特征X射線、背散射電子等多種的信號，通過采集二次電子、背散射電子得到有關物質(zhì)表面微觀形貌的信息，背散射電子衍射花樣得到晶體結(jié)構(gòu)信息，特征X-射線得到物質(zhì)化學成分的信息，這些得到的都是接近樣品表面的信息。

在sem掃描電鏡上配置透射附件，應用透射模式可得到物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，使其既有掃描電鏡的功能，又具備透射電鏡的功能，與透射電鏡相比，由于其加速電壓低，所以可顯著減少電子束對樣品的損傷，而且可大大提高圖像的襯度，特別適合于有機高分子、生物等軟材料樣品的透射分析。

掃描透射像的形成原理

在sem掃描電鏡中，電子束與薄樣品相互作用時，會有一部分電子透過樣品，這一部分透射電子也可用來成像，其形成的像就是掃描透射像

掃描電鏡的STEM圖像跟透射電鏡類似，也分為明場像和暗場像，明場像的探測器安裝在sem掃描電鏡樣品的正下方，當入射電子束穿過樣品后，散射角度較小的電子經(jīng)過光闌孔選擇后進入明場探測器形成透射明場像，散射角比較大的電子經(jīng)DF-STEM電極板反射，由二次電子探頭接受形成暗場像。由于掃描電鏡中暗場像的信號較弱，在此我們主要討論明場像。

透射像的襯度

透射電子像的形成主要是入射電子束與樣品發(fā)生相互作用，當電子束穿過樣品逸出下表面時，電子束的強度發(fā)生了變化，從而投影到熒光屏上的強度是不均勻的，這種強度不均勻就形成了透射像。通常以襯度來描述透射電子所成的像，襯度指樣品電子像上相鄰區(qū)域的電子束強度差，即圖像的對比度，可以下式表示:

式中，1為電子像中樣品區(qū)域的電子束強度，12為相鄰區(qū)域的電子束強度。通常，人眼不能分辨小千5%的襯度差別，其至區(qū)分10%的襯度差別也有困難，但是用CCD相機等記錄下數(shù)字化的電子化圖像，再進行處理可增大襯度使人眼能夠分辨。

電子束被樣品散射后，根據(jù)樣品的性質(zhì)不同，電子束的振幅和相位會發(fā)生相應的改變，形成振幅襯度像和相位襯度像，其中由于樣品的質(zhì)量或者厚度的差異造成的透射電子束強度的差異而形成的襯度稱為質(zhì)厚襯度，非晶材料的透射像襯度主要為質(zhì)厚襯度像。入射電子透過樣品時碰到的原子數(shù)越多即樣品越厚，或者樣品原子核庫侖電場越強即原子序數(shù)或密度越大，被散射的大角度的電子越多，被擋在物鏡光闌之外越多，成像系統(tǒng)接受的電子數(shù)越少，那么襯度高，反之襯度越低。

生物、有機高分子類樣品主要由輕元素組成，原子序數(shù)相差小，對電子的散射幾率小，因此襯度低，通過降低加速電壓的方法可提高襯度。