隨著納米材料在各個工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了超高分辨率的掃描電鏡的發(fā)展，但這些材料導(dǎo)電性不佳，因此，對低電壓下仍具有高分辨率的掃描電鏡提出迫切需求。
低電壓掃描電鏡的主要特點之一是能直接對不導(dǎo)電樣品進行觀察，同時保持高的分辨率。但是其面臨的問題是束流電壓降低，信號量會顯著下降，同時低電壓下掃描電鏡像差導(dǎo)致分辨率降低。隨著掃描電鏡技術(shù)的蓬勃發(fā)展，這些問題目前都得已大大改善。
為了彌補低電壓下信噪比低的問題，賽默飛Apreo 2系列電鏡配備了YAG材質(zhì)背散射探測器（T1）（圖1）。YAG（Y3Al5O12:Ce3+）是一種具有高發(fā)光效率的閃爍體材料，用摻鈰的YAG材料制成的背散射探測器，發(fā)光效率更高，亮度更高，更耐離子和電子的轟擊，因此幾乎不存在隨使用時間的累積而導(dǎo)致發(fā)光效率下降的問題。Apreo 2系列電鏡的T1背散射探測器置于鏡筒內(nèi)靠近極靴下部，這樣不僅可以獲取大量的信號，而且不會有誤操作導(dǎo)致的撞毀風(fēng)險。同時T1接收的是背散射電子，因此，可以大大改善導(dǎo)電性不佳的樣品帶來的荷電問題。
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圖1 Apreo 2 掃描電鏡的T1探測器位置示意圖
為了減小低電壓下像差增加的問題，賽默飛Apreo 2系列電鏡發(fā)展出了樣品臺減速模式（圖2），以減小透鏡色差和提高低電壓圖像分辨率。減速模式中引入的“著陸電壓”的概念，即實際到達(dá)樣品表面的電壓，其計算非常簡單，入射電壓減去減速電壓即為著陸電壓。例如，電子束初始加速電壓5kV，在樣品臺上加4kV的減速電壓，在樣品表面的著陸電壓為1kV，采用減速模式后入射到樣品上的電壓是1kV，在樣品內(nèi)的電子束擴展范圍和對樣品荷電的減緩?fù)跏技铀匐妷簽?kV的情形一致，但其電子束的亮度接近加速電壓為5kV的狀態(tài)。因此，采用減速模式，一方面保持了高加速電壓下的亮度和足夠的信噪比，以及高分辨率，同時又真正實現(xiàn)了樣品表面荷電的有效緩解。減速模式下，還有一個優(yōu)點，使電子束與樣品相互作用產(chǎn)生的信號電子在減速電壓的作用下加速，這些信號電子在被探測器探測到時能量更高，從而提高了二次電子或者背散射電子收集效率，增加了信噪比。
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圖2 樣品臺減速模式工作原理示意圖
在實際應(yīng)用中，我們會將樣品臺減速模式和T1探測器聯(lián)合使用，以獲取高分辨圖像。比如，鋰電池隔膜是一種PP或者PE材質(zhì)的高分子薄膜，其導(dǎo)電性極差，常規(guī)的電鏡無法解決荷電問題，而使用T1探測器不僅可以解決荷電問題，而且搭配減速模式儀器使用還可以獲取高信噪比圖像（圖3）。稀土氧化物Y2O3粉體是制造微波用磁性材料及軍事通訊工程用的重要材料，綜合導(dǎo)電性較差，高加速電壓容易使表面積累荷電，而且會掩蓋顆粒表面細(xì)節(jié)，因此，我們采用低加速電壓搭配減速模式進行高分辨成像（圖4）。
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圖3 鋰電池隔膜（加速電壓：500V，放大倍數(shù)：30000，探測器：T1，減速電壓：1kV）
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圖4 Y2O3粉末顆粒（加速電壓：500V，放大倍數(shù)：100000，探測器：T1）
