工作距离的选择，对电镜拍摄会有什么影响？

这里是TESCAN电镜学堂第11期，将继续为大家连载《扫描电子显微镜及微区分析技术》(本书简介请至文末查看)，帮助广大电镜工作者深入了解电镜相关技术的原理、结构以及最新发展状况，将电镜在材料研究中发挥出更加优秀的性能！

第三节  常规拍摄需要注意的问题

平时电镜使用者都进行常规样品的观察，常规样品不像分辨率标准样品那么理想，样品比较复杂，而且有时候关注点并不相同。因此我们要根据样品类型以及所关注的问题选择合适的电镜条件。

关注分辨率、衬度、景深、形貌的真实性、其它分析的需要等等，不同的关注点之间需要不同的电镜条件，有时甚至相互矛盾。因此我们必须明确拍摄目的，寻找最适合的电镜条件，而不是贸然的追求大倍数。

电镜的工作条件包括很多，加速电压、束流束斑、工作距离、光阑大小、明暗对比度、探测器的选择等。本期将为大家介绍工作距离的影响。

§3. 工作距离的影响

①  分辨率

由前面的束斑尺寸公式我们就已经得知，不管任何电镜、任何电压束流条件，都是工作距离越近，分辨率越好。不过工作距离越近，操作越危险，需要操作者较为小心，避免试样碰撞极靴。而且工作距离越近，试样允许的倾转角度也受到更大的限制。

②  景深

除了分辨率外，有时候景深也是电镜图片非常重要的因素，特别是当倍数较大时，景深会大幅度缩小，试样稍有起伏则不能全部聚焦清楚。

景深有如下公式可以表示：

其中M为放大倍数、D为工作距离、d为电子束直径、α为光阑孔径。TESCAN所有的电镜都可以从软件中读取当前工作条件下的景深，如图5-27。

图5-27  TESCAN软件直接读取景深

从景深公式中我们可以知道，影响景深的几个工作参数：

• 工作距离越大，景深越大；

• 加速电压越大，电子束直径越小，景深越大；

• 束流越小，电子束直径越小，景深越大；

• 光阑孔径越小，景深越大；

• 放大倍数越小，景深越大。

另外，TESCAN电镜具有独特的景深模式，通过中间镜和物镜的聚焦配合，能够增加高倍数下的景深。此外，无磁场模式的景深要好于磁浸没式。

图5-28是不同距离下的景深效果，可以明显的看出长工作距离下的景深优于短工作距离，但是工作距离过长会导致分辨率的下降。

图5-28  工作距离对景深的影响

③  衬度与工作距离的影响

对背散射电子来说，工作距离还会引起衬度的不同。工作距离较远时，极靴下背散射电子探测器的接收立体角较小，相对接收更高角的背散射电子信号；距离较近时，立体角变大，可以接收更多的低角背散射电子信号。图5-29，试样是抛光的金属镍，测试了不同区域的灰度值，可以发现工作距离较近时，不同的晶粒的灰度值相差更大，通道衬度更好。

图5-29  工作距离与背散射电子衬度

④  物镜模式和附件的要求

采用半磁浸没式物镜时（MAIA的Depth或Resolution模式），需要较近的工作距离。半浸没式物镜的磁场仅在物镜附近，工作距离远了磁场不能将试样表面包住，使得电子束不能很好的聚焦到试样表面。因此在这种工作模式下，工作距离最好小于7mm。

如果插入了极靴下背散射电子探测器，由于探测器本身具有一定的厚度，所以工作距离也不能太近，否则会撞上探测器。插入极靴下背散射探测器的情况下，工作距离要大于6mm。如果工作距离更近了，可以拔出极靴下背散射探测器，改用镜筒内背散射电子探测器进行观察。在使用减速模式或者镜筒内二次电子探测器时，也需要相对较小的工作距离。

电镜的其它附件，比如EDS/WDS，由于这些附件自带准直器，需要有特定的工作距离，不在此工作距离下，附件会因为没有信号而不能正常工作。

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