SEM加速电压范围是多少？——原理与应用

SEM加速电压范围是多少？——原理与应用

1. SEM加速电压的定义及作用

扫描电子显微镜 (Scanning Electron Microscope, SEM) 是一种用电子束取代光束显微镜的显微镜。它以电子束的散射、透射或反射情况来重建内部或表面超微结构信息。为了改善图像质量，SEM需要加速电荷密度较大的电子，这就需要SEM加速电压的存在。

SEM加速电压是指SEM中把低电压的电子加速至高能态的电压。在SEM中，加速电压数值越高，电子束的能量越高，横向离子化范围也就越宽，同时电子束的折射、散射和透射情况都会改变。因此，SEM加速电压大小将直接影响SEM图像品质、实现的分辨率、表面成分分析等因素。在SEM实验操作中，操作者需要将SEM加速电压设置为一个恰当的数值，以便获得高质量的SEM成像结果。

2. SEM加速电压的范围

SEM加速电压范围因设备的不同而异。通常情况下，SEM加速电压范围在200V到35kV之间。不同的加速电压范围适用于不同类型的SEM应用：低电压范围适用于对细胞和生物样品的成像，30kV以上的高电压适用于金属凝聚态和非物质的形态和结构研究。但总的来说，SEM加速电压的选择应基于实验目的，样品性质等因素，以充分发挥SEM性能优势。

3. SEM加速电压极端值的应用

低电压SEM

SEM加速电压在200V以下时，也可称之为低电压SEM。低电压SEM在细胞学、神经科学、生物医学等领域有着广泛的应用，因其成像效果更为细腻、清晰，可以直接对有机材料表面进行成像。其缺陷是对扫描器光阑（aperture）大小要求非常高，受到光损失较大和图像质量变形的影响。

在90年代，Musa et al.发展出一个名为lowenergy scanning transmission electron microscopy (LOSSTEM)技术，通过将SEM加速电压减小至几乎与样品每个原子的结合能之和相同，即2050eV的范围内(自20200eV之间)，获得更为细节、清晰的成像效果。

高电压SEM

SEM加速电压在10kV到35kV之间，即30kV以上的高电压SEM，适用于稀松型样品(如金属、纤维等)的成像，甚至可应用于样品的化学微分析。此外，对于电荷密度很高的样品，还可以利用高电压SEM的能力来消除表面电荷，减少SEM成像中的性能损失。

4. SEM加速电压不是唯一的决定因素

SEM加速电压是SEM图像品质的重要因素之一，但并不是唯一的因素。SEM图像的品质还受到扫描电子束的电流、EHT的波动、比例计/光电倍增管的噪声等方面的影响。因此，在SEM成像操作中，SEM加速电压的设置只是SEM操作策略中的一个环节。操作者需要综合考虑加速电压、电子枪亮度、探针电流、探针的大小和形状、样品制备等多个因素，以获得良好的SEM成像效果。

结论：

SEM是一种应用广泛的分析性显微镜，其性能和成像效果受到SEM加速电压值的影响。在实际应用中，SEM操作者需要为不同的样品和操作目标设置合适的SEM加速电压，以实现更细致、清晰、稳定的SEM成像目的。