放大倍率對於SEM成像重要嗎?

引言:

「放大」是一個非常簡單的概念,但有時會因為本身的定義而造成混淆,本文章的目的是闡明掃描式電子顯微鏡 (scanning electron microscopes, SEM) 中的放大倍率的數值意義,並探討如何利用其他參數描述觀測樣品的大小。

高明君 (Mignon.Kao) 譯

放大倍率的正確定義

隨著科學進步,對微米和奈米世界的興趣呈指數增長,因此需要量化放大倍率。現今對放大倍率的定義是兩次測量之間的比率,意指需要兩個對象比較才能正確計算。

第一個對象是原始樣本,而第二個是樣品的成像圖,儘管樣本不會改變其大小,但可以將成像的圖片以不同的大小影印或縮放,就像是影印一張有顆蘋果的圖片,然後再次影印成適合用於覆蓋建築物的海報,此放大倍率將發生變化。

另一個應用於顯微鏡的例子,則是儲存樣本的數字成像時,再次調整成像大小會導致放大倍率實際上是錯誤的,如此可知放大倍數是一個相對數字,在科學領域沒有實際用途,以下為放大倍率的計算方式:

 

如此可見,放大倍率的公式描述的很模糊,並沒有考慮其他因素。因此,科學家利用幾個其他參數來描述,例如實際成像區域(field of view, FOV視場:顯微鏡指向的區域)以及該圖像的解析度(又可理解為清晰度或分辨率),圖一為一般SEM電子成像會提供的資訊,可以透過視場與參考尺規了解樣品實際大小。

圖一、SEM 電子顯微鏡的成像圖與參數資訊

視場定義了要成像的樣品特徵的大小,該值通常在幾毫米(約蟲子尺寸)到幾微米(約蟲子的毛髮尺寸)和幾奈米(外骨骼的分子宏觀結構)之間,使用現代儀器,可以對幾百皮米(原子的平均尺寸)範圍內的物體進行成像。

 

但是如何知道我的樣品成像所需的視場?

這是一個難以回答的問題,但可以用一個簡單的例子來說明,例如在大合照時,一張臉通常會覆蓋空間表面的 5至10%,這已經足以識別圖像中的人像,但是如果是一張臉的特寫,可以觀察到小細節,比如頭髮、皮膚上的斑點和眼睛的顏色。

換句話說,如果有平均大小為 1 微米的微粒並計算數量,那麼每個圖像可以有 20 個微粒,而不是一次成像一個微粒而浪費時間,還要考慮到顆粒之間的空隙,此類樣品25至30 微米的視場就足夠了。換言之,若欲觀察微粒的表面形貌,則需要特寫,視場必須接近 2至3 微米。

  

圖二、微粒成像

        (左) 微粒的特寫顯示表面形貌 (FOV = 92.7 μm)                                         (右) 更大的視場能對更多粒子進行成像 (FOV = 1010 μm)

 

期望本篇介紹讓您更了解放大倍率的意義,以及為何近年來,桌上型掃描式電子顯微鏡(桌上型SEM) 變得越來越受歡迎。

與光學顯微鏡相比,桌上型掃描式電子顯微鏡(桌上型SEM)擁有更多資訊可以提供,例如自動化檢測(PPI)、能測量表面粗糙度和EDS/EDX元素組成等功能,加上快速成像、簡易的操作者介面(UI)以及高解析度的特性,Phenom桌上型SEM能滿足學術與業界微觀檢測、分析所需。

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原文網址: https://www.thermofisher.com/tw/zt/home/materials-science/learning-center/applications/scanning-electron-microscope-magnification.html

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