如何測量管徑更準確？— SE 和 BSE 圖像的測量對比

測量差異的解決辦法

通常情況下，大部分用戶在使用掃描電鏡進行試樣觀察時，二次電子的使用會多于背散射電子，此時不會出現(xiàn)太大的測量誤差。但是在一些特殊的情況下，比如需要進行成分襯度的觀察，或者遇到荷電、沉積污染等情況而不得不使用背散射電子的時候，有沒有辦法來對 BSE 的測量精度進行彌補呢？

答案當然是肯定的，我們有辦法來解決 BSE 的測量精度問題。既然分析出誤差的產(chǎn)生的原因是源于 BSE 的穿透深度比 SE 的穿透深度要深很多，那么解決該誤差，我們應該從穿透深度入手。接下來就用兩種方法來解決這個問題。

降低電壓來減小 BSE 的穿透深度

根據(jù)電子束和樣品作用區(qū)域這些基本理論，我們很容易想到通過降低加速電壓來減小 BSE 的穿透深度。如果我們進一步降低加速電壓，減小作用體積，縮短 BSE 的作用深度，那么在不考慮分辨率的情況下，背散射電子圖像測量到的數(shù)據(jù)應該會更接近二次電子圖像。

還是同樣的管狀試樣，我們將加速電壓由 5kV 降到 2kV，仍然進行 In-Beam SE 和 In-Beam BSE 的同時采集，采用“ Canny Edge Detector ”功能進行邊界自動識別，然后再進行精確測量，得到如下結(jié)果。

圖5: 管狀試樣， 5-a：In-Beam SE像； 5-b：In-Beam BSE像；5-c：In-BeamSE測量結(jié)果；5-d：In-Beam BSE測量結(jié)果

高角 SE 測得管徑為32.5nm，高角 BSE 測得的管徑為32.2nm，相差0.3nm -- 甚至不到一個像素大小，我們可以認為兩者測量值完全一樣。由此可見，降低電壓后 BSE 的作用深度的確變淺了很多，對測量精度的提高有很大的幫助。

使用 Low-Loss BSE 信號來減小穿透深度

雖然降低電壓可以減小測量的誤差，但是降低電壓也會有一定的問題。第一就是分辨率的下降：如果需要的倍數(shù)很高的情況下，因為分辨率的下降會導致邊緣發(fā)生模糊，這對邊界的判定也會帶來誤差；第二就是信號的減弱，尤其是對于 BSE 信號來說，降低加速電壓后信號量的下降幅度會非常大，因此導致操作的時候存在一定的困難；第三就是為了實現(xiàn)低電壓的 BSE 高質(zhì)量成像，可能需要電鏡具有一定的配置（如低電壓的BSE探測器）或者特定的電鏡工作條件（如較小的工作距離，上面采用了3mm），這對有些電鏡來說是不容易實現(xiàn)的，比如有些自主開放的電鏡實驗室，工作距離都被限定在較遠的區(qū)域。

圖6： 管狀試樣，6-a：In-Beam SE像； 6-b：In-Beam BSE像；6-c：In-Beam SE測量結(jié)果；6-d：In-BeamBSE測量結(jié)果   

接下來，我們開啟能量過濾器，將能量窗口設(shè)置到500V，即只有能量損失在500eV 以內(nèi)的 Low-Loss BSE 才會被接收。我們再用 In-Beam SE 和 In-Beam f-BSE 探測器同時采集高角 SE 和 Low-Loss BSE 信號，并進行自動邊界識別和精   確測量，發(fā)現(xiàn) In-Beam SE 和 In-Beam f-BSE 測得的結(jié)果也一致，均為99.4nm。

圖7： 管狀試樣，7-a：In-Beam SE像； 7-b：In-Beam f-BSE (能量窗口500eV) 像；7-c：In-Beam SE測量結(jié)果；7-d：In-Beam f-BSE (能量窗口500eV) 測量結(jié)果   

由此可見，Low-Loss BSE 信號的作用深度的確非常表面，和高角 SE 幾乎相當，有著極強的表面靈敏度。這對極表面特征的觀察以及測量精度的提高，有著非常大的幫助。

隨著電鏡技術(shù)的不斷發(fā)展，為了獲得更真實的數(shù)據(jù)結(jié)果，我們不僅僅需要使用合適的電鏡參數(shù)，選擇合適的信號進行采集也是非常重要且不容忽視的一環(huán)！