军事：中国每年斥资上亿美元购扫描电镜 但国产装备只占10%(2)

　　分辨率较低的钨丝灯扫描电镜的探测器一般位于电磁透镜和样品之间。在这种情况下，探测器和样品的距离就比较近，样品和透镜的距离（工作距离）就比较远。事实上，扫描电镜的图像分辨率与工作距离密切相关，距离长会导致图像分辨率降低，而距离近则能提高图像分辨率。

　　为了提高扫描电镜的图像分辨率，就要尽可能地缩短样品和透镜之间的距离，采用的方法就是把探测器往电磁透镜上方移。这样，工作距离就可以缩得很短。2000年以后，工作距离更短、图像分辨率更高的场发射扫描电镜应运而生，并成为主流产品。而目前主流场发射扫描电镜都采用半浸没式或全浸没式电磁透镜，也就是将探测器装在电磁透镜上方或者里面。

　　探测器在样品和电磁透镜之间的钨丝灯扫描电镜设计简单，利用电场的作用来探测二次电子，只需要在探测器的前端加一个正电压，探测器就可以将二次电子“吸过去”，收集起来。而场发射扫描电镜将探测器装到电磁透镜里面以后，虽然样品和透镜的距离拉近，但是探测器和样品的距离却变得更远了，收集二次电子的效率就会大大降低。

　　“此时仅仅靠在探测器前端加正电压吸引二次电子的方法就行不通了，需要借助磁场力作用将二次电子吸到电磁透镜内部。场发射扫描电镜如何利用磁场力的作用将二次电子高效地吸到电磁透镜内，在提高采集效率这一点上，我们需要有所突破。”曾毅说。

　　低电压分辨率需要突破

　　传统扫描电镜在观察非导电样品时，样品表面必须镀导电膜层才能对其进行观察。这种情况下，导电膜会对样品表面真实形貌造成一定程度的掩盖。目前主流的扫描电镜的重要突破之一是，通过降低入射电子的加速电压，就可以不镀导电膜层直接观察非导电样品。

　　虽然降低加速电压带来了直接观察非导电样品的好处，但是也给电镜生产厂商带来了巨大的挑战。加速电压降低到3kV以下后，带来了一系列问题，主要是会导致电子枪的亮度降低，同时它的色差也会增大。这样，原来细聚焦的电子束“探针”的直径就会显著增加，导致图像分辨率严重降低。这也是自从上世纪六十年代就有学者提出采用降低扫描电镜加速电压以对不导电样品直接观察的理论，但直到2000年后才真正实现商业化的低电压扫描电镜的原因所在。目前主流场发射扫描电镜的低电压分辨率（0.7—1nm@1kV）已经很好地满足不导电样品表征需求，不久前国产场发射扫描电镜也推出了能在低电压下获得图像的最新型扫描电镜，其1kV下的分辨率为3nm。

　　为了在低电压观察样品的同时不降低图像分辨率，通常的解决方案是通过施加减速电压、镜筒内减速或者单色器技术等。“但是不管哪种方案都涉及到整个电子光学系统的重新设计和加工。施加减速电压以后，就相当于将样品表面作为一级透镜，多了这样一个‘透镜’，电子光学系统的设计就会更复杂，同时对系统的均匀性、稳定性要求就更高，些许的缺陷都会严重影响扫描电镜的低电压分辨率。”曾毅说。