日立S-4800冷场发射扫描电镜的BSE功能

　　S-4800型高分辨场发射扫描电镜(FESEM)为日本日立公司于2002年推出的产品。该电镜的电子发射源为冷场，物镜为半浸没式。采取了改进的电子光学设计(E×B)来收集和分离各种不同的纯二次电子(SE)信号、复合二次电子(SE+BSE)信号及背反射电子(BSE)信号。与其它很多内置透镜的FESEM相比，S-4800不仅拥有超高的分辨率，而且拥有更大的样品室。如加速电压为15KV时，二次电子图像分辨率为1nm，这是目前半浸没式冷场发射扫描电镜所能达到的最高水平，有利于纳米材料的高分辨分析;在低加速电压(1kV)下的二次电子图像分辨率为2nm，这有利于高分辨分析绝缘或导电性差的样品。因此S-4800是研究纳米材料等的有力工具。

　　尽管S-4800没有标配的背散射探头，但独特的设计使得该扫描电镜不仅拥有二次电子信号(SE)，而且还拥有背散射信号(BSE)，以及二次电子和背散射的复合信号(SE+BSE)，为观察绝缘样品或多相材料的研究提供很大的方便。

　　一、原理

　　我校S-4800(见图1)是从2005年10月中旬投入使用的。样品来源主要为我校低能核物理研究所(材料系)、物理系、化学学院、环境学院、资源学院以及生命科学学院等，样品种类包括纳米材料、薄膜材料、高分子材料、大气气溶胶样品、沙尘暴样品以及环境微生物样品等。迄今S-4800及其能谱仪已为我校多项省部以上级科研课题提供了测试服务。作为我校材料研究的实验平台，在科学研究和人才培养等方面发挥着重要作用。

　　S-4800有两个二次电子探测器，即上位探测器和下位探测器，上位和下位探测器上分别加有+10 kV的电压，以吸引二次电子，高分辨的图像主要由上位探测器来实现[1]。本文主要对上位探测器进行讨论。图2为SE模式和SE+BSE模式示意图，在物镜和上位探测器之间放置一圆筒形电极板(如图所示)。在SE模式下，电极板上加上+50V的电压。当高能入射电子入射到样品表面时，由于入射电子和样品的相互作用，从样品表面产生二次电子和背散射电子信号(还有其它很多信号，如俄歇电子和X-射线等)，由于电极板和上位探测器的吸引，二次电子和背散射电子在通过物镜向上位探测器运动过程中受磁场作用作螺旋运动，二次电子的能量小(<100 eV),螺旋的半径也小，很容易通过圆筒电极被上位探测器直接吸引，而背散射电子能量高(～入射电子能量)，螺旋的半径大，大于圆筒电极的半径，从而打到电极板上，和电极板发生相互作用，作用的结果是进一步产生二次电子，而这个二次电子是带有样品的背散射信号的二次电子，由于电极板上加有+50V的电压，从电极板上产生的二次电子又被电极板吸收，从而不能到达上位探测器，这时只有样品表面层二次电子的信号到达上位探测器，SEM图像为二次电子图像。