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掃描電鏡（SEM）能夠通過多種技術獲取樣品的三維（3D）形貌。雖然傳統的SEM圖像通常提供的是樣品表面的二維投影，但通過一些先進的技術和方法，可以推導出樣品的三維結構。以下是常見的幾種獲取樣品三維形貌的方法：

1. 電子束傾斜成像（Tilted Imaging）

原理：通過傾斜樣品相對于電子束的角度，掃描電鏡可以從多個不同的視角拍攝圖像。這些圖像可以組合成一個樣品的三維圖像。

步驟：首先，獲取樣品在不同傾斜角度下的二維掃描圖像（通常是以10°、20°、30°等間隔進行傾斜）。

通過軟件處理這些圖像，利用不同視角的信息來重建樣品的三維形貌。

優點：這種方法相對簡單，且不需要特殊的設備，但需要較高的樣品傾斜角度和多個圖像以獲得較好的三維信息。

局限性：圖像重建的精度受限于圖像的數量和傾斜角度。且當樣品表面復雜時，重建可能不夠準確。

2. 焦深掃描（Depth of Field Imaging）

原理：在掃描電鏡中，焦深較小，因此樣品的不同深度位置無法在同一張圖像中同時對焦。通過分別對樣品不同深度的多個圖像進行掃描，可以得到樣品的高度信息。

步驟：在樣品表面進行多次掃描，每次調整焦距，獲得不同焦距下的圖像。

將這些圖像合成一個更為清晰的三維圖像，通常通過圖像堆疊或三維重建算法實現。

優點：可以獲得較高的圖像分辨率，適用于樣品表面有較大形貌變化的情況。

局限性：焦深掃描需要多次圖像獲取和處理，可能較為耗時。

3. 共聚焦掃描電鏡（Confocal SEM）

原理：共聚焦掃描電鏡結合了共聚焦顯微鏡的技術，能夠通過掃描樣品的不同焦深來獲得樣品表面不同深度的圖像。這種方法能獲取更精細的三維信息。

步驟：使用共聚焦掃描系統，通過調整焦距來獲得樣品不同深度的圖像。

將這些圖像結合起來，進行三維重建。

優點：具有較高的分辨率，特別適用于表面不規則的樣品。

局限性：設備較為復雜且成本較高，操作難度也比傳統SEM大。

4. 背散射電子成像（Backscattered Electron Imaging，BSE）

原理：背散射電子成像通過檢測樣品表面或近表面的電子散射信號來獲取有關樣品形貌和成分的信息。通過對不同散射角度的電子信號進行分析，能夠提供關于樣品高度變化的額外信息。

步驟：使用BSE模式獲取樣品的表面圖像。

結合樣品的物理特性和散射信息，重建樣品的三維形貌。

優點：BSE圖像能提供比傳統二次電子成像（SE）更深層次的信息，適合于高原子序列元素的表面成像。

局限性：該技術依賴于樣品的材質和表面性質，且圖像的分辨率通常較低。

5. 三維重建（3D Reconstruction）

原理：通過獲取樣品的多個二維圖像，運用計算機算法將這些圖像進行拼接和重建，從而得到樣品的三維形貌。

步驟：獲取多個二維圖像，通常通過傾斜成像或焦深掃描技術獲得。

使用圖像處理軟件（如ImageJ、Amira、Avizo等）進行圖像的拼接、深度標定和三維重建。

優點：能夠得到較為精確的三維形貌，特別適合復雜表面的樣品。

局限性：圖像拼接和重建過程需要計算量較大，且要求圖像質量較高。

6. 斷層掃描電子顯微鏡（Electron Tomography）

原理：斷層掃描電子顯微鏡是一種通過對樣品進行多個角度的掃描成像，結合計算機斷層掃描（CT）技術來獲得樣品的三維結構。這種方法可以獲得非常高分辨率的三維圖像，尤其適用于細微結構的分析。

步驟：通過對樣品的不同傾斜角度（例如，從-60°到+60°）進行掃描，獲取多個二維圖像。

使用電子斷層重建算法（如ART算法、SIRT算法）將這些圖像合成三維體積圖像。

優點：能提供非常精確的三維重建，適用于復雜的微觀結構，如細胞、納米材料等。

局限性：對樣品的要求較高，通常需要樣品薄切片，并且需要較長的掃描時間和強大的計算資源。

7. 掃描探針顯微術（SPM）與SEM結合

原理：通過將掃描探針顯微術（如原子力顯微鏡 AFM）與掃描電鏡相結合，能夠在同一系統下同時獲得表面形貌的三維信息。SPM技術通過探針直接接觸樣品表面，得到樣品的高度變化信息，而SEM則提供高分辨率的表面形貌圖像。

步驟：使用AFM掃描樣品表面，獲取樣品的三維高度數據。

將AFM數據與SEM圖像結合，通過軟件重建樣品的三維形貌。

優點：提供三維表面分辨率，能夠同時獲得化學成分信息和三維形貌。

局限性：該方法需要在SEM和SPM之間切換，設備較為復雜且成本較高。

8. 3D FIB-SEM（聚焦離子束掃描電子顯微鏡）

原理：FIB-SEM結合了掃描電子顯微鏡和聚焦離子束技術。FIB技術可以用來逐層切削樣品，而SEM則用于在每個切削層上獲取圖像。通過多層切割和圖像采集，可以實現樣品的高分辨率三維重建。

步驟：使用FIB在樣品表面逐層切割，通常切削深度在幾十納米至幾百納米之間。

每次切割后，通過SEM成像獲取該層的表面圖像。

利用計算機軟件將這些圖像重建為三維結構。

優點：能夠提供非常精確的樣品三維形貌，適用于高分辨率的三維分析，特別是納米級結構。

局限性：樣品損傷較大，切削過程可能會改變樣品的原始結構，需要在樣品較為堅固的情況下使用。

以上就是澤攸科技小編分享的掃描電鏡如何獲得樣品的三維形貌。更多掃描電鏡產品及價格請咨詢