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     作者：費宗廉、何偉、李帥、張德寶電子顯微鏡（TEM）作為微觀世界所能見到的儀器，近20年來其性能逐漸提高，但仍有從0到1的創(chuàng)新空間。在中國新產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。
    
     簡要介紹了新型工業(yè)掃描電子顯微鏡（SEM）的性能指標、功能特點及典型應(yīng)用實例。重點闡述了從總體設(shè)計到關(guān)鍵部件、從指導(dǎo)思想到制造水平的創(chuàng)新。
    
     超高速、高分辨率和適用性是現(xiàn)代電子顯微學(xué)的三大要素，國內(nèi)工業(yè)SEM的成像速率達到單通道100M像素／秒，雙電子（SE）和背散射電子（BSE）同步成像可以達到2x100M像素／秒。可加工性為2x200幀sec@512x512，或2x60幀sec@1024x1024，是視頻高清成像的兩倍，電子顯微鏡不僅能夠在1.2秒的范圍內(nèi)產(chǎn)生高清晰圖像，還能夠觀察和捕獲樣品的動態(tài)變化。
    
     圖1顯示了在相同條件下由兩個具有相同背散射信號(BSE)的電子顯微鏡產(chǎn)生的圖像，著重于成像速度的比較。在兩者都能夠觀察到生物組織的清晰圖像的情況下，右圖像是眾所周知的。設(shè)計品牌掃描電子顯微鏡圖像，采集8000像素X6000像素超高清晰度圖像，成像時間43500MS（890NS像素），光束1.5nA。顯微鏡。成像速度為412MS（6.13ns/像素），束流為1.5nA。
    
     工業(yè)SEM的示意圖如圖2所示。實現(xiàn)高通量成像的前提來自源槍。高亮度和高發(fā)射電流密度是向樣品發(fā)射足夠多初始電子的主要保證。SE和BSE的產(chǎn)率很高，肖特基熱場發(fā)射槍比鎢絲或六硼化鑭熱發(fā)射槍具有更好的性能和更高的穩(wěn)定性，束流為50pA-300nA。
    
     掃描電子顯微鏡內(nèi)的光電系統(tǒng)由兩部分組成，上部為電子槍，下部為電子束管，加速電壓為-10kV，電子速度高，精煉短直透鏡管有利于提高光電效率。TRON穿透并減少了電子互斥的方式。
    
     采樣臺和焦點跟蹤系統(tǒng)配合大視場觀察樣品，自動準確移動樣品，實時調(diào)整電子光學(xué)聚焦，實現(xiàn)自動圖像觀察。特征部分
    
     電鏡中的每個部件是相互獨立的，同時又制約著整體的平衡。
    
     探測器的優(yōu)化設(shè)計是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，保證探測器在單位時間內(nèi)收集盡可能多的電子是實現(xiàn)高吞吐量的前提。
    
     首先，探測器的位置非常特殊。參考圖2，SE和BSE探測器都安裝在光管的中心軸上，SE探測器位于上面。BSE探測器位于樣品臺附近。高角度回波信號具有很高的接收效率。CY并不會影響物鏡的工作距離。
    
     其次，不同類型的檢測器有著本質(zhì)的區(qū)別，國產(chǎn)電子顯微鏡的專利半導(dǎo)體探測器是一種有價值的器件，它具有較高的增益，加上優(yōu)良的信噪比和帶寬50MHz。SE探測器和BSE探測器采集電子和采集數(shù)據(jù)，可分別進行綜合成像。雙層同軸BSE和SE探測器具有相同的增益和速度，并且兩個信號是同步的。
    
     傳統(tǒng)的探測器由閃爍體、導(dǎo)光管和光電倍增管組成，當信號電子進入閃爍體時，會產(chǎn)生電離現(xiàn)象。當離子與自由電子結(jié)合時，產(chǎn)生可見光。光子沿著光電陰極傳輸?shù)焦怆姳对龉苓M行放大，然后轉(zhuǎn)換成電流信號，再由視頻放大成調(diào)制信號。雖然增益很高，但信噪比很高。比值較低，一般帶寬約為10MHz。
    
     第三、探測器掃描放大調(diào)制電路是非常重要的，二極管探測器直接連接前置放大器和主放大器，探測器電路負責(zé)放大電子信號，控制噪聲比，產(chǎn)生掃描波形信號。圖像采集卡由圖像采集卡完成。由電子顯微鏡配置的圖像存儲和處理服務(wù)器完成了對海量數(shù)據(jù)的智能識別管理。
    
     腦干聽覺誘發(fā)電位（BSE）信號成像因其良好的對比度而受到生物神經(jīng)學(xué)家的青睞。在1 kV能量下獲得了電視電平的3倍的成像率。
    
     復(fù)合聚焦偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是新型工業(yè)電子顯微鏡的亮點，偏轉(zhuǎn)器起偏轉(zhuǎn)電子束的作用，多個偏轉(zhuǎn)器形成一個縱向排列在物鏡內(nèi)壁的群。設(shè)計成與物鏡的聚焦場重疊，形成物鏡的偏轉(zhuǎn)器和復(fù)合聚焦偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。
    
     在兩場耦合設(shè)計獨特的情況下，偏轉(zhuǎn)器組可以達到與擺動目標場或運動目標場等效的效果，場邊像差小，不需要動態(tài)校正，線性度高，聚焦性能好，沒有場曲線。物鏡的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以提高大掃描場條件下的場邊分辨率，實現(xiàn)大視場的高質(zhì)量觀測。掃描電鏡下，清晰的圖像區(qū)域被放大了幾倍。
    
     由浸沒磁透鏡和減速電透鏡組成的電磁復(fù)合物鏡帶來了意想不到的應(yīng)用效果，能夠有效地提高高低能條件下的觀測分辨率。短焦浸沒透鏡產(chǎn)生的tic場。初始電子離開電子光學(xué)管后，在物鏡和樣品之間減速。通過對靜電場進行減速而形成的靜電透鏡避免了能量低時分辨率的減弱，從而提高了電子光學(xué)系統(tǒng)在低落能量下的像差，保證了分辨率。
    
     低滴能量高通量掃描電子束顯微鏡適合于觀察包括生物物種在內(nèi)的非導(dǎo)電樣品。工業(yè)電子顯微鏡(IEM)具有獨特的探測器系統(tǒng)，用于有效收集BSE和SE信號電子，從而保證在lo處的分辨率。因此，可以實現(xiàn)比電視水平高幾倍的快速掃描電子束成像。
    
     高通量掃描電子顯微鏡適合于創(chuàng)建大規(guī)模場發(fā)射電子顯微鏡集群成像環(huán)境和高通量納米級神經(jīng)結(jié)構(gòu)重建技術(shù)平臺。自動收集多達2-8TB數(shù)據(jù)，并可生成類似于Google Maps的全景樣本，用于大腦神經(jīng)的大規(guī)模三維映射。
    
     在OLED平板顯示器上制備碳納米管的過程中，高通量電子顯微鏡（HFEM）可以用于大面積的顯微成像，如表面涂層檢測、薄膜生長均勻性檢測和分析，以及大規(guī)模的平板材料工藝檢測。傳統(tǒng)的顯微鏡只能看到樣本的局部點，而高通量的掃描電子顯微鏡能夠?qū)崿F(xiàn)無縫的大規(guī)模視頻拼接，并能夠?qū)崿F(xiàn)所有地圖信息的大數(shù)據(jù)存儲和大數(shù)據(jù)分析，這很有幫助。改進制造工藝。
    
     材料史發(fā)展三部曲體現(xiàn)了科學(xué)創(chuàng)新的前沿。過去，材料大多是在實驗室里偶然發(fā)現(xiàn)的。近年來，流行材料的基因組縮短了開發(fā)周期。今天，人工智能基于理論物理學(xué)預(yù)測新材料。這些材料與大數(shù)據(jù)密不可分，必須由科學(xué)儀器進行驗證。
    
     高通量實驗可以為材料模擬提供大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，豐富材料數(shù)據(jù)庫，優(yōu)化計算模型，直接加速材料的選擇和創(chuàng)新。
    
     隨著自動化程度的提高，高通量掃描電子顯微鏡（SEM）越來越受到研究者和工業(yè)界的關(guān)注，定制化電子顯微鏡具有廣闊的應(yīng)用前景。
    
     一言為妙，小見功夫。甚至微米和納米槍尖直徑和孔徑的尺寸技術(shù)都與整體性能有關(guān)，需要反復(fù)驗證和測試。每一次創(chuàng)新都是設(shè)計者沉浸在創(chuàng)新中的結(jié)果。堅持不懈。NCE，國內(nèi)工業(yè)掃描電子顯微鏡有望成為從中國到中國創(chuàng)造的一個例子。
    
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