电子束减速模式测试案例简介

使用场发射扫描电镜（FESEM）表征样品时，操作者更偏爱用高电压成像方式，使用高加速电压拍摄样品能够得到信噪比好且分辨率高的图像。但对于不耐电子束辐照的样品，如聚合物薄膜、有机纤维、介孔材料、金属-有机框架材料等样品使用FESEM表征时，若采用高电压成像的方式，样品随着电子束的照射会逐渐变形，同时表面会积累更多电荷，因此需要采用低电压成像的方法。而采用低电压成像方式得到的扫描图片质量并不高，为了改善这一问题，FESEM测试时可以使用电子束减速模式（BD），提高成像质量。

电子束减速模式依然使用高加速电压，但会在样品台上附加一反向电压，迫使高能电子束在出镜筒后受到反向电场作用而降低能量，使得实际到达样品表面的电子束变为低能电子束。如图1所示，加速电压为V_acc，样品台附加V_d的反向电场，电子束到达样品表面后就只有V_i的能量了，V_i=V_acc-V_d。

图1 电子束减速模式示意图

加速电压高，使分辨率维持在较高的水准；同时着陆到样品表面的电压低，减少了电子束对样品的损伤和电荷的累积。如图2所示，样品为普通纸张，表面没有喷镀金膜或碳膜，导电性很差。直接降低加速电压至1 kV，使用常规模式拍摄，表面仍存在电荷累积且某些细节观察不佳，但使用电子束减速模式，则避免了电荷累积，并且图片清晰度大幅提高。

图2 1 kV不同模式拍摄的普通纸张形貌 ：（a）常规模式（b）电子束减速模式

一般说来，相同的着陆电压下，减速电场越大，则原始加速电压越大，分辨率更高。但对于导电性特别不好的样品，过高的减速电场会导致更多的电荷累积。此外，减速电场越高，对样品的平整度要求也越高。对于规则的薄膜及粉末样品，使用电子束减速模式拍摄效果较佳，如图3所示。但对于截面、断口、粘贴不对称以及其它不规则形状的样品，使用电子束减速模式拍摄的图片则会出现问题，如图4所示。

图3 形状规则的样品

图4 形状不规则的样品

综上所述，电子束减速模式相比常规模式可以带来一些性能提升，但是在样品制备时也需格外注意，样品平整度越高，成像效果越好。

 （审稿：张航）