你知道在SEM扫描电镜中, 加速电压能起到什么作用吗？

在进行扫描电镜分析时，为了获得感兴趣区域好的图像效果，须考虑一些重要的参数。其中一个很重要的参数就是加速电压，它是加在电子枪的阴极和阳极之间，用来加速电子产生电子束的。加速电压的选择与样品的导电性、放大倍数及图片质量等因素有关。一般来说，加速电压越高，图像的分辨率越高。

在近几年，SEM扫描电镜厂家已经开始致力提高低电压成像的分辨率。低电压成像技术主要应用于生命科学领域，特别是在获得诺贝尔奖的冷冻电镜技术问世之后。这篇博客将集中讨论加速电压对分析图像的影响。

加速电压决定作用区域的大小

加速电压是电子能量的象征，它决定了电子束与样品之间的相互区大小。一般情况下，加速电压越高，电子束在样品表面穿透越深，作用区也就越大。

这意味着电子将在样品中更深入地传播，并在不同区域中产生信号。样品的化学成分也会对作用区的大小产生影响：轻元素的核外电子层数较少，电子能量较低，这限制了其对入射电子的影响。因此与重元素的样品相比，电子束对于轻元素样品的穿透更深。

对输出信号进行分析时，可以得到不同的结果。在台式扫描电镜中，通常检测到三种信号：背散射电子（BSE）、二次电子（SE）和X射线。

加速电压对SEM扫描电镜成像的影响

加速电压对于BSE和SE成像的影响是类似的：低加速电压能够得到样品表面更多的细节；而在高加速电压下，图像的分辨率提高，但由于穿透效应，样品的表面细节减少，有利于忽略样品表面的一些细小污染物。这可以在下面的图片中看到，在低加速电压下，样品表面的污染物清晰可见，而高加电压的图像表面污染物“减少”。

在低电压下，样品顶部的碳污染清晰可见。当电压增加时，穿透作用使锡球表面更加光滑，污染物“减少”。

对于不同性质的样品，选择合适的加速电压非常重要。生物样品、聚合物以及其他有机样品都对高能量的电子非常敏感。由于扫描电镜在真空中运作，这种敏感性进一步增强。这就是SEM扫描电镜厂家致力于开发低电压下成像技术的原因，这样的话即使是Z精细、对电子束能量敏感的样品也能拍出比较好的图像。

在这一过程中遇到的主要困难是成像技术背后的物理原理：与摄影相似，存在几种可能的因素会影响输出的图像质量，如畸变和像差。随着电压升高，获得的信号量也变多，色差的影响逐渐减小，这也是为什么之前扫描电镜的趋势是利用尽可能高的电压以提高成像分辨率的主要原因。

X射线的产生

在X射线方面，情况完全不同：越高的加速电压越有利于X射线的产生。X射线可以由能谱仪（EDS）捕获和处理，从而对样品的成分进行分析。

入射电子束中的电子与样品中的原子相互作用，迫使目标样品中的电子被打出。这样样品中就会有空穴生成，它由一个来自于同一原子的外层能量较高电子填充。这个过程要求电子以X射线的形式释放部分能量。X射线的能量可以通过Moseley定律与原子的原子质量相关联。因此通过EDS分析可判断样品的化学成分。

X射线产生的关键因素:

过压比：入射电子束能量与目标原子所需电离能量的比值

相互作用区范围：定义分析空间分辨率

一般进行能谱分析时，理想状态下所需要的过压比为1.5，这意味着通过增大加速电压，可一检测更多序数较大的元素。另一方面，在高加速电压下，样品被电子束损伤的几率也就越大，同时作用范围也就越大。

X射线的产生可能来自更大的作用区域，影响能谱分析结果的可信度。在多层、颗粒和非均质材料的情况下，较大的作用区域会产生来自样本不同成分的信号，从而影响能谱分析的结果。