浅谈扫描电镜的分辨率概念

来源：材料科学分析

扫描电镜（SEM）的分辨率是指其能够分辨样品表面两点之间的最小距离，是衡量其成像能力的关键指标。

扫描电镜的分辨率主要与入射电子束束斑直径、入射电子束在样品中的扩散效应有关。

1、入射电子束的束斑直径

不同电子枪束斑直径见图1。一般常见的钨灯丝扫描电镜发射枪电子束斑直径大约为6nm。电子束斑还要经过电磁透镜系统的聚焦缩小，最终作用在样品表面的束斑直径可以达到更小的纳米级别。这也是扫描电镜能够实现高分辨率的关键。

场发射扫描电镜的电子发射枪束斑更小，聚焦后分辨率更高。

图1

2、入射电子束在样品中的扩展效应

入射电子束进入样品后，其作用范围如同一个立体的液滴状。见图2。激发体积的大小取决于入射电子束的能量和样品材料原子序数的高低。

图2

入射电子束能量越大，或者样品材料原子序数越小，那么电子束激发的体积就越大。在用体积的情况下，俄歇电子和二次电子是在与入射束斑直径相当的圆柱体内激发出来的，束斑直径就相当于一个成像单元，所以这两种像的分辨率与入射束斑直径相当，分辨率也相对较高。

背散射电子和X射线是在横向扩展范围较大的区域被激发出来，横向扩展后的作用体积大小就是它们各自的成像单元，这个作用体积明显增加，所以分辨率相对较低。

通常把二次电子像分辨率作为扫描电镜分辨率。

3、信噪比（信号噪声比）

信号（含有图像信息）强度是成像的关键因素，它主要取决于入射束电子能量和束流大小。噪声则是干扰成像的杂乱信息，使荧光屏上出现像下雪似的时隐时现的细小亮点，使图像质量变差。噪声大小取决于所用检测器和样品情况等。

信噪比越高，分辨率就越好。

外界磁场、机械振动等也会使扫描电镜的分辨率下降，应尽量避免。