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了解扫描电镜操作条件对衍射花样的影响是非常重要的。

电镜束流

增加束流将增加用于获得衍射花样的电子数量,从而将减少相机的积分时间(图1)但是,这必须与所需的空间分辨率相匹配,因为增加束流也将增加电子束斑点的大小。

加速电压

增加加速电压会降低电子波长,从而减小了衍射花样中菊池带宽度(公式2)此外,由于荧光屏接收到更多的信号,形成了一个亮区,所以CCD需要更短的积分为了确保正确识别菊池带,所以加速电压改变时需要调整Hough变换的感兴趣区域镀有导电层的样品需要较高的加速电压穿透它,而低的加速电压能够限制电子束在一个薄层里或者对导电性不好的样品也有用。

图4 奥氏体钢中改变加速电压对衍射花样的影响需要注意的是对衍射带的宽度,清晰度和对比度都有影响

Accelerating voltage 10 kV

(a) 加速电压10kV

Accelerating voltage 20 kV

(b) 加速电压20kV

Accelerating voltage 30 kV

(c) 加速电压30kV

工作距离和放大倍数

由于EBSD样品是倾斜的,所以在扫描过程中电子束会上下移动,扫描电镜的工作距离会改变,图像会欠焦或过焦同时,由于样品是倾斜的,所以扫描图像会压缩;并且在低倍下,扫描图像的很大一部分会聚焦不好一些EBSD系统可以通过使用不同的水平和垂直扫描步长来修正扫描图像的压缩,并且能够在电子束移动过程中自动重新聚焦。

图5 倾斜校正和聚焦保持

Image without tilt or dynamic focus compensation

(a) 既未倾斜也未动态聚焦补偿的图像

Image with tilt compensation and no dynamic focus compensation

(b) 倾斜补偿,但未动态聚焦补偿的图像

Image with tilt and dynamic focus compensation

(c) 倾斜且动态聚焦补偿的图像

此外,电子束移动会改变的荧光屏上的衍射花样中心的位置,这可能会影响EBSD系统的校准(图6)EBSD系统可以通过在两个工作距离或者之间重新设定工作距离下进行调试以自动修正衍射花样中心的偏移了解EBSD系统的工作距离的范围以保证其能够准确校准是非常重要的。

图 6 工作距离的改变对衍射花样中心位置的影响

Left: With a tilted sample, the pattern centre position will depend on the sample working distance. Middle: The top and bottom of the field of view may have a different working distance and hence pattern centre positions. Right: If the sample is moved, the working distance and hence pattern centre position will change

(a) 左:倾斜样品,花样的中心位置将依赖于样品的工作距离。中:视场的顶部和底部具有不同的工作距离,因此花样中心的位置不同。右:如果移动样品,工作距离和图案中心位置也将改变。

The green cross shows the patteren centre with working distance 14.4mm

(b) 绿色十字显示花样中心的工作距离为14.4毫米

The pattern centre moves down the screen as the working disance increases to 18.9mm

(c) 随工作距离增至18.9毫米,花样中心也向屏幕下方移动

The pattern centre moves down the screen as the working disance increases to 22.5mm

(d) 随工作距离增至22.5毫米,花样中心也向屏幕下方移动

压力

衍射花样也可以在低真空环境扫描电镜中采集(图7)。这对于陶瓷或地质材料一类放电的样品是非常有用的。

图 7 扫描电镜真空度对硅样品衍射花样的影响

Pressure 0Pa

(a) 压力 0Pa

Pressure 10Pa

(b) 压力 10Pa

Pressure 70Pa

(c) 压力 70Pa

Pressure 130Pa

(d) 压力 130Pa

 

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