SEM掃描電鏡加速電壓的作用及選擇的介紹

加速電壓是掃描電鏡技術領域的一個重要術語。加速電壓使電子束加速而獲得能量，其范圍為0.2~30KV，一般高壓指用20KV，低壓指小于10KV。其值越大，電子束能量越大，反之亦然。

SEM掃描電鏡加速電壓的作用

在進行掃描電鏡分析時，為了獲得感興趣區域Z佳的圖像效果，要考慮一些重要的參數。其中一個很重要的參數就是加速電壓，它是加在電子槍的陰極和陽極之間，用來加速電子產生電子束的。加速電壓的選擇與樣品的導電性、放大倍數及圖片質量等因素有關。一般來說，加速電壓越高，圖像的分辨率越高。

加速電壓決定作用區域的大小：

SEM掃描電鏡加速電壓是電子能量的象征，它決定了電子束與樣品之間的相互區大小。一般情況下，加速電壓越高，電子束在樣品表面穿透越深，作用區也就越大。

這意味著電子將在樣品中更深入地傳播，并在不同區域中產生信號。樣品的化學成分也會對作用區的大小產生影響：輕元素的核外電子層數較少，電子能量較低，這限制了其對入射電子的影響。因此與重元素的樣品相比，電子束對于輕元素樣品的穿透更深。

對輸出信號進行分析時，可以得到不同的結果。在臺式掃描電鏡中，通常檢測到三種信號：背散射電子(BSE)、二次電子(SE)和X射線。

加速電壓對SEM掃描電鏡成像的影響：

加速電壓對于BSE和SE成像的影響是類似的：低加速電壓能夠得到樣品表面更多的細節;而在高加速電壓下，圖像的分辨率提高，但由于穿透效應，樣品的表面細節減少，有利于忽略樣品表面的一些細小污染物。這可以在下面的圖片中看到，在低加速電壓下，樣品表面的污染物清晰可見，而高加電壓的圖像表面污染物“減少”。

對于不同性質的樣品，選擇合適的加速電壓非常重要。生物樣品、聚合物以及其他有機樣品都對高能量的電子非常敏感。由于掃描電鏡在真空中運作，這種敏感性進一步增強。這就是SEM掃描電鏡廠家致力于開發低電壓下成像技術的原因，這樣的話即使是Z精細、對電子束能量敏感的樣品也能拍出比較好的圖像。

在這一過程中遇到的主要困難是成像技術背后的物理原理：與攝影相似，存在幾種可能的因素會影響Z終輸出的圖像質量，如畸變和像差。隨著電壓升高，獲得的信號量也變多，色差的影響逐漸減小，這也是為什么之前掃描電鏡的趨勢是利用盡可能高的電壓以提高成像分辨率的主要原因。

SEM掃描電鏡加速電壓選擇

掃描電鏡加速電壓的選用，取決于樣品的質量(包括導電性)、圖像質量的要求和倍率等情況。當樣品導電性好時，可選用高加速電壓，這時電子束能量大，激發的二次電子、背散射電子數量就多，有利于改善圖像的分辨率、信噪比和反差，對高倍觀察有利。

SEM掃描電鏡加速電壓的選擇主要考慮合適的過壓比和較高的空間分辨率這兩個因素：

為了對某條譜線進行精確的分析，要得到足以檢測的特征X射線強度，這要求入射束電子有足夠的能量，才能有較高的激發效率，一般用過壓比U=Eo/Ec來表示，Ec為所要分析譜線的臨界激發能。選U=2～3的范圍比較合適，這是通過大量的激發實驗獲得的經驗公式。

由于材料不同，元素的Ec范圍很寬，而電鏡的加速電壓上限多在30kV，因此選擇加速電壓時要考慮EcZda的元素，使其X射線能夠充分激發。為方便起見，可用元素的特征譜峰能量代替Ec粗略估計選用的掃描電鏡加速電壓(Eo)是否合適。

大多數由輕元素組成的陶瓷樣品：SEM掃描電鏡加速電壓選15kV，中等原子序數的金屬樣品：掃描電鏡加速電壓選20kV，而Z>35的元素的樣品：仍選20kV，利用L或M線進行分析。

選擇SEM掃描電鏡加速電壓時要考慮空間分辨率。在保證合理的激發特征譜線時，掃描電鏡加速電壓應該選用較小的值。空間分辨率與過壓比有關，過高的加速電壓使電子束在樣品內穿透較深，橫向擴散較大，使空間分辨率明顯變差，同時出射的X射線在樣品中吸收衰減程度也會增加。