臺式掃描電鏡的分辨率水平受設(shè)備型號、電子槍類型以及成像模式的影響,整體處于納米級到亞納米級的區(qū)間,和傳統(tǒng)落地式大型掃描電鏡相比,臺式機(jī)在分辨率上會略遜,但勝在體積小巧、操作簡便、維護(hù)成本低,能滿足大部分常規(guī)科研和工業(yè)檢測的需求。
從電子槍的核心配置來看,臺式掃描電鏡主要分為鎢燈絲電子槍和場發(fā)射電子槍兩大類,二者的分辨率表現(xiàn)差異明顯:
鎢燈絲臺式掃描電鏡這是臺式掃描電鏡中最常見的類型,技術(shù)成熟且性價比高,其分辨率通常在3–5nm左右(加速電壓為15–30kV的二次電子成像模式下)。這種分辨率足以清晰觀察材料的表面形貌,比如金屬的晶粒結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體器件的表面缺陷、生物樣品的組織切片等常規(guī)應(yīng)用場景。不過,在低加速電壓下(比如1–5kV,用于觀察不導(dǎo)電樣品或易損傷樣品),其分辨率會有所下降,一般在10–20nm左右,主要是因為低電壓下電子束的束流和束斑尺寸難以兼顧。
場發(fā)射臺式掃描電鏡這類設(shè)備屬于臺式電鏡中的部分型號,采用冷場發(fā)射或熱場發(fā)射電子槍,電子束的束斑尺寸更小、亮度更高,分辨率能達(dá)到亞納米級。其中,熱場發(fā)射臺式電鏡的二次電子分辨率通常在1–2nm,冷場發(fā)射臺式電鏡的分辨率甚至可以達(dá)到0.8–1nm(加速電壓15kV以上)。這種級別的分辨率已經(jīng)可以滿足更精細(xì)的觀測需求,比如納米材料的粒徑分布、催化劑的表面活性位點、微電子元件的微納結(jié)構(gòu)等。不過,場發(fā)射臺式電鏡對工作環(huán)境的要求更高,需要更穩(wěn)定的真空條件和更嚴(yán)格的防震措施,價格也比鎢燈絲型號高出不少。
需要注意的是,掃描電鏡的實際分辨率還會受到樣品狀態(tài)的影響:比如樣品的導(dǎo)電性(不導(dǎo)電樣品需要噴金或噴碳處理,否則會產(chǎn)生電荷積累,模糊圖像)、樣品表面的平整度(粗糙表面會導(dǎo)致電子信號散射,降低分辨率)、以及操作人員的參數(shù)設(shè)置(如工作距離、束流大小、掃描速度等)。
另外,臺式掃描電鏡的分辨率標(biāo)注通常是最佳分辨率,即設(shè)備在理想條件下(高加速電壓、高真空、優(yōu)化參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)樣品)能達(dá)到的極限值,在實際使用中,針對不同樣品的分辨率可能會略低于標(biāo)注值。