第四節 各種信號與襯度的總結
前面兩節詳細的介紹了掃描電鏡中涉及到的各種電子信號、電流信號、電磁波輻射信號和各種襯度的關系，下面對常見的電子信號和襯度做一個總結，如圖2-36和表2-4。
圖2-36 SEM中常見的電子信號和襯度關系
表2-4 SEM中常見的電子信號和襯度關系
第五節 荷電效應
掃描電鏡中還有一種不希望發生的現象，如荷電效應，它也能形成某些特殊的襯度。不過在進行掃描電鏡的觀察過程中，我們需要盡可能的避免。
§1. 荷電的形成
根據前面介紹的掃描電鏡原理，電子束源源不斷的轟擊到試樣上，根據圖2-6，只有原始電子束能量在V1和V2時，二次電子產額δ才為1，即入射電子和二次電子數量相等，試樣沒有增加也沒減少電子，沒有吸收電流的形成。而只要初始電子束不滿足這個條件，都要形成吸收電流以滿足電荷的平衡， i0= ib+is+ia。
要實現電荷平衡，就需要試樣具備良好的導電性。對于導體而言，觀察沒有什么問題。但是對于不導電或者導電不良、接地不佳的試樣來說，多余的電荷不能導走，在試樣表面會形成積累，產生一個靜電場干擾入射電子束和二次電子的發射，這就是荷電效應。
荷電效應會對圖像產生一系列的影響，比如：
① 異常反差：二次電子發射受到不規則影響，造成圖像一部分異常亮，一部分變暗；
② 圖像畸變：由于荷電產生的靜電場作用，使得入射電子束被不規則偏轉，結果造成圖像畸變或者出現階段差；
③ 圖像漂移：由于靜電場的作用使得入射電子束往某個方向偏轉而形成圖像漂移；
④ 亮點與亮線：帶點試樣經常會發生不規則放電，結果圖像中出現不規則的亮點與亮線；
⑤ 圖像“很平”沒有立體感：通常是掃描速度較慢，每個像素點駐留時間較長，而引起電荷積累，圖像看起來很平，完全喪失立體感。
如圖2-37都是典型的荷電效應。
圖2-37 典型的荷電效應
§2. 荷電的消除
荷電的產生對掃描電鏡的觀察有很大的影響，所以只有消除或降低荷電效應，才能進行正常的掃描電鏡觀察。消除和降低荷電的方法有很多種，這里介紹一下常用的方法。
首先，在制樣環節就要注意以便減小荷電：
1） 縮小樣品尺寸、以及盡可能減少接觸電阻：這樣可以增加試樣的導電性。
2）鍍膜處理：給試樣鍍一層導電薄膜，以改善其導電性，這也是使用的最多的方法。常用的鍍膜有蒸鍍和離子濺射兩種，常用的導電膜一般是金Au和碳，如果追求更好的效果，還可使用鉑Pt、鉻Cr、銥Ir等。鍍導電膜不但可以有效的改善導電性，還能提高二次電子激發率，而且現在的膜厚比較容易控制，一定放大倍數內不會對試樣形貌產生影響。
不過鍍膜也有其缺點，鍍膜之后會有膜層覆蓋，影響樣品的真實形貌的，嚴重的話還會產生假象，對一些超高分辨的觀察或者一些細節（如孔隙、纖維）的測量以及EDS、EBSD分析產生較大影響。
如圖2-38，石墨在鍍Pt膜后，產生假象；如圖2-39，纖維在鍍金之后，導致顯微變粗，孔隙變小。
圖2-38 石墨鍍金膜之后的假象
圖2-39 纖維在鍍金前（左）后（右）的圖像
除了制樣外，還要盡可能尋找合適的電鏡工作條件，以消除或減弱荷電的影響：
3） 減小束流：降低入射電子束的強度，可以減小電荷的積累。
4） 減小放大倍數：盡可能使用低倍觀察，因為倍數越大，掃描范圍越小，電荷積累越迅速。
5） 加快掃描速度：電子束在同一區域停留時間較長，容易引起電荷積累；此時可以加快電子束的掃描速度，在不同區域停留的時間變短，以減少荷電。
6） 改變圖像采集策略：掃描速度變快后，圖像信噪比會大幅度降低，此時利用線積累或者幀疊加平均可以減小荷電效應同時提升信噪比。線積累對輕微的荷電有較好的抑制效果；幀疊加對快速掃描產生的高噪點有很好的抑制作用，但是圖像不能有漂移，否則會有重影引起圖像模糊。如圖2-40，樣品為高分子球，在掃描速度較慢時，試樣很容易損傷而變形，而快速掃描同時進行線積累的采集方式，試樣完好且圖像依然有很好的信噪比。
圖2-40 高分子球試樣在不同掃描方式下的對比
7）降低電壓：減少入射電子束的能量（降至V2以內）也能有效的減少荷電效應。如圖2-41，試樣是聚苯乙烯球，加速電壓在5kV下有明顯的荷電現象，降到2kV下荷電基本消除。不過隨著加速電壓的降低，也會帶來分辨率降低的副作用。
圖2-41 降低加速電壓消除荷電影響
8）用非鏡筒內二次電子探測器或者背散射電子探測器觀察：在有大量荷電產生的時候，會有大量的二次電子被推向上方，倒是鏡筒內二次電子接收的電子信號量過多，產生荷電，尤其在浸沒式下，此時使用極靴外的探測器，其接收的電子信號量相對較少，可以減弱荷電效應，如圖2-42；另外，背散射電子能量高，其產額以及出射方向受荷電的影響相對二次電子要小很多，所以用BSE像進行觀察也可以有效的減弱荷電效應，如圖2-43，氧化鋁模板在二次電子和背散射圖像下的對比。
圖2-42 鏡筒內（左）和鏡筒外（右）探測器對荷電的影響
圖2-43 SE（左）和BSE（右）圖像對荷電的影響
9） 傾轉樣品：將樣品進行一定角度的傾轉，這樣可以增加試樣二次電子的產額，從而減弱荷電效應。
除此之外，電鏡廠商也在發展新的技術來降低或消除荷電，最常見的就是低真空技術。低真空技術是消除試樣荷電的非常有效的手段，但是需要電鏡自身配備這種技術。
10）低真空模式：低真空模式下可以利用電離的離子或者氣體分子中和產生的荷電，從而在不鍍膜或者不用苛刻的電鏡條件即可消除荷電效應。不過低真空條件下，原始電子束會被氣體分子散射，所以分辨率、信噪比、襯度都會有一定的降低。如圖2-44，生物樣品在不鍍導電膜的情況下即可實現二次電子和背散射電子的無荷電效應的觀察。
圖2-44 低真空BSE（左）和SE（右）的效果對比