掃描電鏡（SEM）能夠通過(guò)多種技術(shù)獲取樣品的三維（3D）形貌。雖然傳統(tǒng)的SEM圖像通常提供的是樣品表面的二維投影，但通過(guò)一些先進(jìn)的技術(shù)和方法，可以推導(dǎo)出樣品的三維結(jié)構(gòu)。以下是常見(jiàn)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(guò)傾斜樣品相對(duì)于電子束的角度，掃描電鏡可以從多個(gè)不同的視角拍攝圖像。這些圖像可以組合成一個(gè)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(jìn)行傾斜）。

通過(guò)軟件處理這些圖像，利用不同視角的信息來(lái)重建樣品的三維形貌。

優(yōu)點(diǎn)：這種方法相對(duì)簡(jiǎn)單，且不需要特殊的設(shè)備，但需要較高的樣品傾斜角度和多個(gè)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(shù)量和傾斜角度。且當(dāng)樣品表面復(fù)雜時(shí)，重建可能不夠準(zhǔn)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(wú)法在同一張圖像中同時(shí)對(duì)焦。通過(guò)分別對(duì)樣品不同深度的多個(gè)圖像進(jìn)行掃描，可以得到樣品的高度信息。

步驟：在樣品表面進(jìn)行多次掃描，每次調(diào)整焦距，獲得不同焦距下的圖像。

將這些圖像合成一個(gè)更為清晰的三維圖像，通常通過(guò)圖像堆疊或三維重建算法實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)點(diǎn)：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(shí)。

3. 共聚焦掃描電鏡（Confocal SEM）

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

步驟：使用共聚焦掃描系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)整焦距來(lái)獲得樣品不同深度的圖像。

將這些圖像結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行三維重建。

優(yōu)點(diǎn)：具有較高的分辨率，特別適用于表面不規(guī)則的樣品。

局限性：設(shè)備較為復(fù)雜且成本較高，操作難度也比傳統(tǒng)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(guò)檢測(cè)樣品表面或近表面的電子散射信號(hào)來(lái)獲取有關(guān)樣品形貌和成分的信息。通過(guò)對(duì)不同散射角度的電子信號(hào)進(jìn)行分析，能夠提供關(guān)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(jié)合樣品的物理特性和散射信息，重建樣品的三維形貌。

優(yōu)點(diǎn)：BSE圖像能提供比傳統(tǒng)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(shù)依賴(lài)于樣品的材質(zhì)和表面性質(zhì)，且圖像的分辨率通常較低。

5. 三維重建（3D Reconstruction）

原理：通過(guò)獲取樣品的多個(gè)二維圖像，運(yùn)用計(jì)算機(jī)算法將這些圖像進(jìn)行拼接和重建，從而得到樣品的三維形貌。

步驟：獲取多個(gè)二維圖像，通常通過(guò)傾斜成像或焦深掃描技術(shù)獲得。

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

優(yōu)點(diǎn)：能夠得到較為精確的三維形貌，特別適合復(fù)雜表面的樣品。

局限性：圖像拼接和重建過(guò)程需要計(jì)算量較大，且要求圖像質(zhì)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(guò)對(duì)樣品進(jìn)行多個(gè)角度的掃描成像，結(jié)合計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）技術(shù)來(lái)獲得樣品的三維結(jié)構(gòu)。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(xì)微結(jié)構(gòu)的分析。

步驟：通過(guò)對(duì)樣品的不同傾斜角度（例如，從-60°到+60°）進(jìn)行掃描，獲取多個(gè)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(yōu)點(diǎn)：能提供非常精確的三維重建，適用于復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)，如細(xì)胞、納米材料等。

局限性：對(duì)樣品的要求較高，通常需要樣品薄切片，并且需要較長(zhǎng)的掃描時(shí)間和強(qiáng)大的計(jì)算資源。

7. 掃描探針顯微術(shù)（SPM）與SEM結(jié)合

原理：通過(guò)將掃描探針顯微術(shù)（如原子力顯微鏡 AFM）與掃描電鏡相結(jié)合，能夠在同一系統(tǒng)下同時(shí)獲得表面形貌的三維信息。SPM技術(shù)通過(guò)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(shù)據(jù)。

將AFM數(shù)據(jù)與SEM圖像結(jié)合，通過(guò)軟件重建樣品的三維形貌。

優(yōu)點(diǎn)：提供三維表面分辨率，能夠同時(shí)獲得化學(xué)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(shè)備較為復(fù)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(jié)合了掃描電子顯微鏡和聚焦離子束技術(shù)。FIB技術(shù)可以用來(lái)逐層切削樣品，而SEM則用于在每個(gè)切削層上獲取圖像。通過(guò)多層切割和圖像采集，可以實(shí)現(xiàn)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(guò)SEM成像獲取該層的表面圖像。

利用計(jì)算機(jī)軟件將這些圖像重建為三維結(jié)構(gòu)。

優(yōu)點(diǎn)：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(jí)結(jié)構(gòu)。

局限性：樣品損傷較大，切削過(guò)程可能會(huì)改變樣品的原始結(jié)構(gòu)，需要在樣品較為堅(jiān)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(chǎn)品及價(jià)格請(qǐng)咨詢(xún)15756003283(微信同號(hào))。