SEM掃描電鏡分辨率之驗收分辨率
以上介紹的都是理論上的分辨率,但是電鏡的分辨能力最終要通過實驗進行檢驗,于是任何電鏡都有一個指標分辨率來表明電鏡的性能水平,而所謂的驗收分辨率一般都要不差于指標分辨率。
不過電鏡驗收和平時實驗觀察不同,拍攝驗收指標需要在比較苛刻的條件下進行。不僅要有達標的環境條件,不能有電磁場、振動干擾,也必須是特定的碳襯底金顆粒樣品。
不過目前有關電鏡的驗收分辨率還沒有標準的測試方法,不過通常采用的有三種方法:間隙測量法、有效放大率法和對比度法。
① 間隙測量法
間隙測量法早期使用很多,甚至現在有很多電鏡驗收依然采用此種方法。此種方法是拍攝金顆粒標樣,然后尋找金顆粒之間的間隙進行測量,將能量到的最小間隙作為分辨率。
不過此種方法有著很大的局限性,隨著電鏡分辨率越來越高,金顆粒之間的間隙可能要比分辨率大很多,很難找到適合測試分辨率的位置。另外,當放大倍數很大時,測量往往會有較大的不確定性。量尺寸即使誤差一個像素,也誤差了接近零點幾納米,而現在場發射電鏡的分辨率都在1.0nm左右,這樣的誤差是不可接受的。
② 有效放大率法
為了解決種方法的不足,往往會采用有效放大率法。人眼在明視距離(約25 cm)下的分辨率為0.3 mm,再小人眼則不能分辨。用0.3毫米除以電鏡的分辨率即為有效放大率。如電鏡分辨率為1.5 nm,其有效放大率就是20萬倍。當放大倍數超過有效放大率后,圖像雖然視場在縮小,感覺在放大,但是不會出現更多的細節。
采用此種方法進行分辨率測試時,拍攝有效放大率(或者略大倍數)下的金顆粒照片,如果圖像清晰,金顆粒邊緣銳利可辨,則視為能達到分辨率。
③ 邊緣對比度法
在光學儀器的分辨率中往往用調制傳遞函數(MTF)進行分辨率的測試。MTF是通過測試一系列寬度不同的黑白線對,通過光學成像后的線對的反差情況來判斷光學儀器的性能。將黑色線條認為是零亮度,白色線條是亮度。理論上來說黑白線對之間的邊緣應該很銳利沒有過渡。
但是隨著線對的寬度越來越窄,經過成像后,白線區域的亮度有所減少,黑色區域的亮度有所增加,也就是說成像中的黑白線對都隨著寬度的減小越來越向中間灰色靠攏。直至最后線對極其致密時,黑白線的亮度一樣,線對完全不可區分。
那么線對密度與對應的反差之間就有一條遞減的曲線,此曲線就是MTF曲線,如圖5-10。它反應了光學儀器的分辨率和反差性能。此外,黑白線對之間過渡區域也隨線對的變窄而越來越寬。
在電鏡中也同樣如此,金顆粒與碳基底的邊緣交界處也可看成是一個黑白線對,這個線對的亮度也有一個高斯函數(衍射波理論的要求)的過渡,類似MTF曲線。通常將某兩個反差之間對應的距離就作為電鏡的分辨率。
不過各個電鏡廠家所選取的作為分辨率標準的反差區間卻沒有統一,比如蔡司掃描電鏡選擇25%~75%的區間,其他品牌選擇35%~65%的區間。這會造成同一張圖片,不同的廠家會給出不一樣的分辨率。