扫描电声显微镜图像质量的提高

　　扫描电声显微镜(SEAM)是扫描电镜家族中的一位新成员[1,2],它的特点是可以对试样的表面和亚表面进行观察。

　　SEAM是在不改变普通SEM功能的基础上研制而成的,在普通SEM的第一级电磁透镜前

　　面加一偏转极板,偏转极板上加方波斩波信号,以完成对电子束入射的周期性调制[3]。当受调制的电子束在试样上入射时,在试样表面及表面以下的一定范围内,电子与试样发生相互作用,电子的部分能量将转化为热能,在试样内形成与调制信号同频率的热波在样品内传播,热波的强度是和试样的热物性有关的。由于热波引起试样内周期性的弹性形变,从而产生一个与热波同频率(即与调制频率相同)的声波在试样内传输,由一个同试样声耦合很好的压电探测器来探测这一声波,利用锁相放大器(参考频率为调制频率),对该电声信号进行放大,把输出信号作为视频调制信号,利用SEM的成像系统,同步于电子束的扫描而成像于SEM的CRT上。

　　操作中首先利用SEM选择观察区域,然后切换到SEAM模式,在该区作试样内部结构的非破坏性观察与成像。

　　目前的SEAM有以下几个问题尚待解决:

　　(1)压电探测器探测到的电声信号是一种周期性的微弱信号,必须由相关处理设备,如锁相放大器、BOXCAR等提取和放大,这是需要一定处理时间的,而SEM系统是为二次电子信号提取而设计的,它的电子束扫描发生器的扫描速率对于电声信号的采集来讲太快,相应信噪比较低。

　　(2)电声信号相对其本身幅度而言,幅度的动态范围很大,这往往在SEAM像上表现为饱和而丢失反映试样微结构的许多细节。

　　(3)如果原来的SEM不是数字扫描电镜,则从其成像系统所获得的SEAM像不能进行数字图像处理,这也影响了SEAM像的质量。

　　本文利用计算机及外围电路构成了数字扫描发生器,由计算机控制电子束在试样上扫描,同时利用数字回归滤波处理提高信噪比,并对信号幅度进行动态控制,提高了SEAM像的质量。另外SEAM像是由计算机采集的,可以方便地进行灰度分布优化等图像处理。

　　本文利用计算机及其相关技术,很好地解决了上述电声成像中的三个不足之处。而迄今为止作者尚未看到有关在SEAM系统中采用数字扫描发生器控制电子束扫描而提高SEAM像质量的报道。

　　试验方法

　　在SEAM方式下,由计算机控制电子束在试样上的扫描,在某入射点上,进行核点的电声信号采集和处理,结束后再步进移至下一入射点。同时将对应的电声信号采入计算机实时显示。

　　由计算机运控的扫描电声显微镜总体框图如图1。具体改进的部分如下: