近年来，随着科技的发展和材料尺寸的不断缩小，扫描电镜（SEM）已经成为一种非常有价值的表征方法。SEM作为一种通用的工具，方便用户可以对各种各样的材料进行多种不同类型的分析。为获得更好的结果，用户应该仔细设定SEM参数。其中一个设置是束斑直径，即照射在样品上的电子束直径。在这篇博客中，阐述了如何在SEM中调整束斑直径，以及如何在高分辨率成像和大束流之间实现平衡，以获得*结果。

如何在SEM下调整束斑直径

描述SEM中电子束性质的四个主要参数如图1所示:

1. 使电子在电镜腔室中运动的加速电压
2. 电子束的会聚角
3. 轰击样品的电子束流大小
4. 到达样品表面的zui终束斑直径。

图1：SEM中电子束的四个主要参数：加速电压、会聚角、电子束流和束斑直径

在现代SEM中，用户可以控制电子束的大小。这主要是通过调节系统的会聚镜和物镜，选择不同大小的孔径光阑来实现的。

电子流经电磁透镜（由极靴内部的线圈组成），操作者可以通过调节加载在透镜上的电流来控制电子的路径。此外，束斑直径取决于加速度电压（高加速电压减小斑点尺寸），工作距离（距离越大，束斑直径越大），以及物镜光阑（较小的光阑产生较小的束斑直径）。

然而，实际上电子束斑的大小是一个控制和预测起来非常复杂的参数，因为它依赖于许多（相互关联的）因素。描述束斑直径涉及到电子枪的高斯直径、末级光阑的衍射效应、色差和电磁透镜引起的球面像差。

如果再看下图1，为了在样品试样表面上有一个较小的束斑直径和足够的电流，用户只需增加电子束的会聚角。然而，这将增加扫描电镜中光学元件的像差，从而拓宽光束。因此，要想准确地进行实验，必须了解不同的参数是如何影响电子束的特性，并权衡它们之间的利弊。

高分辨率成像与大束流

影响分辨率的主要因素是束斑直径。为了获得高分辨率的图像，应该尽可能地保持更小的束斑直径，以便能够阐释和描述样品更小的特征。

另一方面，对于高信噪比和高对比度分辨率，电子束拥有足够的束电流也是很重要的。由于减少了束斑大小的同时也减少了束电流，用户需要判断和选择他们目标预期的设置。

一般来说，如果需要高倍率的图像，那么束斑直径的大小应该保持zui小。如果用户只需要低放大率成像，那么就建议增加束斑直径尺寸，这样图像就会产生更多的电子信号，看起来更清晰。

图2，您可以观察到在低放大率下获得的图像，但是较大的束斑直径看起来更明亮和平滑。然而，随着放大倍率的增加，当需要高分辨率成像时，用户应该切换到较小的束斑直径，以得到好的图像。

此外，更大的束斑直径——导致更大的电子束电流——增加了样品的损害，这种现象应该被考虑进去，尤其是在对电子束敏感的样品进行成像的时候。

图2:锡球的SEM图像a）大光斑b）小光斑。在左边显示的是低放大倍率图像，显示在右边的是他们各自在高倍率放大下的图像。在低倍率镜下，采用大束流（a）。在高倍率放大图像的情况下，使用较小的束斑直径使用户获得更好的空间分辨率。

扫描电镜是一种神奇的工具，有数不清的应用。然而，重要的一点是，操作者必须清楚地知道自己的需求——以及束斑直径、电子束流和加速电压是如何影响成像质量的。因此，为实验选择*参数是至关重要的。