“TESCAN電鏡學(xué)堂”又跟大家見面了，利用掃描電鏡觀察樣品時(shí)會(huì)關(guān)注分辨率、襯度、景深、形貌的真實(shí)性以及其他分析的需要等等，不同的關(guān)注點(diǎn)之間需要不同的拍攝條件，有時(shí)甚至相互矛盾。

今天主要談一談電鏡拍攝時(shí)工作距離的選擇。

這里是TESCAN電鏡學(xué)堂第11期，將繼續(xù)為大家連載《掃描電子顯微鏡及微區(qū)分析技術(shù)》(本書簡(jiǎn)介請(qǐng)至文末查看)，幫助廣大電鏡工作者深入了解電鏡相關(guān)技術(shù)的原理、結(jié)構(gòu)以及最新發(fā)展?fàn)顩r，將電鏡在材料研究中發(fā)揮出更加優(yōu)秀的性能！

第三節(jié)? 常規(guī)拍攝需要注意的問題

平時(shí)電鏡使用者都進(jìn)行常規(guī)樣品的觀察，常規(guī)樣品不像分辨率標(biāo)準(zhǔn)樣品那么理想，樣品比較復(fù)雜，而且有時(shí)候關(guān)注點(diǎn)并不相同。因此我們要根據(jù)樣品類型以及所關(guān)注的問題選擇合適的電鏡條件。

關(guān)注分辨率、襯度、景深、形貌的真實(shí)性、其它分析的需要等等，不同的關(guān)注點(diǎn)之間需要不同的電鏡條件，有時(shí)甚至相互矛盾。因此我們必須明確拍攝目的，尋找最適合的電鏡條件，而不是貿(mào)然的追求大倍數(shù)。

電鏡的工作條件包括很多，加速電壓、束流束斑、工作距離、光闌大小、明暗對(duì)比度、探測(cè)器的選擇等。本期將為大家介紹工作距離的影響。

§3. 工作距離的影響

①? 分辨率

由前面的束斑尺寸公式我們就已經(jīng)得知，不管任何電鏡、任何電壓束流條件，都是工作距離越近，分辨率越好。不過工作距離越近，操作越危險(xiǎn)，需要操作者較為小心，避免試樣碰撞極靴。而且工作距離越近，試樣允許的傾轉(zhuǎn)角度也受到更大的限制。

②? 景深

除了分辨率外，有時(shí)候景深也是電鏡圖片非常重要的因素，特別是當(dāng)倍數(shù)較大時(shí)，景深會(huì)大幅度縮小，試樣稍有起伏則不能全部聚焦清楚。

景深有如下公式可以表示：

其中M為放大倍數(shù)、D為工作距離、d為電子束直徑、α為光闌孔徑。TESCAN所有的電鏡都可以從軟件中讀取當(dāng)前工作條件下的景深，如圖5-27。

圖5-27? TESCAN軟件直接讀取景深

從景深公式中我們可以知道，影響景深的幾個(gè)工作參數(shù)：

工作距離越大，景深越大；

加速電壓越大，電子束直徑越小，景深越大；

束流越小，電子束直徑越小，景深越大；

光闌孔徑越小，景深越大；

放大倍數(shù)越小，景深越大。

另外，TESCAN電鏡具有獨(dú)特的景深模式，通過中間鏡和物鏡的聚焦配合，能夠增加高倍數(shù)下的景深。此外，無磁場(chǎng)模式的景深要好于磁浸沒式。

圖5-28是不同距離下的景深效果，可以明顯的看出長(zhǎng)工作距離下的景深優(yōu)于短工作距離，但是工作距離過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致分辨率的下降。

圖5-28? 工作距離對(duì)景深的影響

③? 襯度與工作距離的影響

對(duì)背散射電子來說，工作距離還會(huì)引起襯度的不同。工作距離較遠(yuǎn)時(shí)，極靴下背散射電子探測(cè)器的接收立體角較小，相對(duì)接收更高角的背散射電子信號(hào)；距離較近時(shí)，立體角變大，可以接收更多的低角背散射電子信號(hào)。圖5-29，試樣是拋光的金屬鎳，測(cè)試了不同區(qū)域的灰度值，可以發(fā)現(xiàn)工作距離較近時(shí)，不同的晶粒的灰度值相差更大，通道襯度更好。

圖5-29? 工作距離與背散射電子襯度

④? 物鏡模式和附件的要求

采用半磁浸沒式物鏡時(shí)（MAIA的Depth或Resolution模式），需要較近的工作距離。半浸沒式物鏡的磁場(chǎng)僅在物鏡附近，工作距離遠(yuǎn)了磁場(chǎng)不能將試樣表面包住，使得電子束不能很好的聚焦到試樣表面。因此在這種工作模式下，工作距離最好小于7mm。

如果插入了極靴下背散射電子探測(cè)器，由于探測(cè)器本身具有一定的厚度，所以工作距離也不能太近，否則會(huì)撞上探測(cè)器。插入極靴下背散射探測(cè)器的情況下，工作距離要大于6mm。如果工作距離更近了，可以拔出極靴下背散射探測(cè)器，改用鏡筒內(nèi)背散射電子探測(cè)器進(jìn)行觀察。在使用減速模式或者鏡筒內(nèi)二次電子探測(cè)器時(shí)，也需要相對(duì)較小的工作距離。

電鏡的其它附件，比如EDS/WDS，由于這些附件自帶準(zhǔn)直器，需要有特定的工作距離，不在此工作距離下，附件會(huì)因?yàn)闆]有信號(hào)而不能正常工作。

福利時(shí)間

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【本期問題】工作距離對(duì)背散射電子成像會(huì)有怎樣的影響？

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簡(jiǎn)介

《掃描電子顯微鏡及微區(qū)分析技術(shù)》是由業(yè)內(nèi)資深的技術(shù)專家李威老師（原上海交通大學(xué)掃描電鏡專家，現(xiàn)任TESCAN技術(shù)專家）、焦匯勝博士（英國(guó)伯明翰大學(xué)材料科學(xué)博士，現(xiàn)任TESCAN技術(shù)專家）、李香庭教授（電子探針領(lǐng)域?qū)＜遥嫒稳珖?guó)微束分析標(biāo)委會(huì)委員、上海電鏡學(xué)會(huì)理事）編著，并于2015年由東北師范大學(xué)出版社出版發(fā)行。本書編者都是非常資深的電鏡工作者，在科研領(lǐng)域工作多年，李香庭教授在電子探針領(lǐng)域有幾十年的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)掃描電子顯微鏡、能譜和波譜分析都有很深的造詣，本教材從實(shí)戰(zhàn)的角度出發(fā)編寫，希望能夠幫助到廣大電鏡工作者，特別是廣泛的TESCAN客戶。

↓? 往期課程，請(qǐng)戳以下文字或點(diǎn)擊閱讀原文：

電鏡學(xué)堂丨掃描電子顯微鏡的基本原理(一) - 電子與試樣的相互作用

電鏡學(xué)堂丨掃描電子顯微鏡的基本原理(二) - 像襯度形成原理

電鏡學(xué)堂丨掃描電子顯微鏡的基本原理(三) - 荷電效應(yīng)

電鏡學(xué)堂丨掃描電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)(一) - 電子光學(xué)系統(tǒng)

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