蔡司扫描电镜的数据区如何调出放大倍数

Mini-SEM是具有高清度，高放大率，高性能的台式扫描电子显微镜。

现代的电子显微镜一般有一个控制台，集成有放大旋钮（包括粗调和微调），一定范围内可以连续放大，另外有位移摇杆、亮度、对比度旋钮等等，当然也可以通过电脑软件的放大缩小按钮来调节倍数。

聚焦离子束扫描电镜双束系统（FIB-SEM）是在SEM的基础上增加了聚焦离子束镜筒的双束系统，同时具备微纳加工和成像的功能，广泛应用于科学研究和半导体芯片研发等多个领域。本文记录一下FIB-SEM在材料研究中的应用。

以目前实验室配有的FIB-SEM的型号是蔡司的Crossbeam 540为例进行如下分析，离子束最高成像分辨率为3nm，电子束最高分辨率为0.9nm。该系统的主要部件及功能如下：

1.离子束： 溅射（切割、抛光、刻蚀）；刻蚀最小线宽10nm，切片最薄3nm。 

2.电子束 ： 成像和实时观察

3.GIS(气体注入系统)： 沉积和辅助刻蚀；五种气体：Pt、W、SiO2、Au、XeF2(增强刻蚀SiO2)

4.纳米机械手：  转移样品 

5.EDS： 成分定量和分布

6.EBSD ： 微区晶向及晶粒分布

7.Loadlock（样品预抽室）： 快速进样，进样时间只需~1min

由上述FIB-SEM的一个部件或多个部件联合使用，可以实现在材料研究中的多种应用，具体应用实例如下：

图2a和b分别是梳子形状的CdS微米线的光学显微镜和扫描电镜照片，从光学显微镜照片可以看出在CdS微米线节点处内部含有其他物质，但无法确定是什么材料和内部形貌。利用FIB-SEM在节点处定点切割截面，然后对截面成像和做EDS mapping，如图2c、d、e和f所示，可以很直观的得到在CdS微米线的节点处内部含有Sn球。

FIB-SEM制备TEM样品的常规步骤如图3所示，主要有以下几步：

1）在样品感兴趣位置沉积pt保护层

2）在感兴趣区域的两侧挖大坑，得到只有约1微米厚的薄片

3）对薄片进行U-cut，将薄片底部和一侧完全切断

4）缓慢移下纳米机械手，轻轻接触薄片悬空的一端后，沉积pt将薄片和纳米机械手焊接牢固，然后切断薄片另一侧，缓慢升起纳米机械手即可提出薄片

5）移动样品台和纳米机械手，使薄片与铜网（放置TEM样品用）轻轻接触，然后沉积pt将薄片和铜网焊接牢固，将薄片和纳米机械手连接的一端切断，移开纳米机械手，转移完成

6）最后一步为减薄和清洗，先用大加速电压离子束将薄片减薄至150nm左右，再利用低电压离子束将其减薄至最终厚度（普通TEM样品<100nm，高分辨TEM样品50nm左右，球差TEM样品<50nm）

一种如图4a所示的MoS2场效应管，需要确定实际器件中MoS2的层数及栅极（Ag纳米线）和MoS2之间的距离。利用FIB-SEM可以准确的在MoS2场效应管的沟道位置，垂直于Ag纳米线方向，提出一个薄片，并对其进行减薄，制备成截面透射样。在TEM下即可得到MoS2的层数为14层（图4c）， Ag纳米线和MoS2之间的距离为30nm（图4b）。

图5是一种锰酸锂材料的STEM像，该样品是由FIB-SEM制备，图中可以看到清晰的原子像。这表明FIB-SEM制备的该球差透射样非常薄并且有很少的损伤层。

FIB-SEM还可以进行微纳图形的加工。

图6a 是FIB-SEM在Au/SiO2上制备的光栅，光栅周期为150nm，光栅开口为75nm。

图6b 是利用FIB-SEM在Mo/石英上做的切仑科夫辐射源针尖，针尖曲率半径为17nm。

图6c 是在Au膜上加工的三维对称结构蜘蛛网。

图6d 是FIB-SEM在硅上刻蚀的贺新年图案，图中最小细节尺寸仅有25nm。

FIB-SEM可以对材料进行切片式的形貌和成分三维重构，揭示材料的内部三维结构。大概过程如图7a所示， FIB切掉一定厚度的样品，SEM拍一张照片，重复此过程，连续拍上百张照片，然后将上百张切片照片重构出三维形貌。图7b是一种多孔材料内部3×5×2um范围的三维重构结果，其实验数据是利用FIB-SEM采集，三维重构是利用Avizo软件得到，其分辩率可达纳米级，展示了内部孔隙的三维空间分布，并可以计算出孔隙的半径大小、体积及曲率等参数。

利用FIB-SEM配有的纳米机械手及配合使用离子束沉积Pt，可以实现微米材料的转移，即把某种材料从一个位置（衬底）转移到特定位置（衬底），并固定牢固。图8是把四针氧化锌微米线从硅片转移到两电极的沟道之间，从而制备成两个微米线间距只有1um的特殊器件。

最后，FIB-SEM还有很多其他的应用，例如三维原子探针样品制备，芯片线路修改等。总之FIB-SEM是材料研究中一个非常重要的手段。

不积珪步，无以至千里；不积细流，无以成江海。做好每一份工作，都需要坚持不懈的学习。

但凡发烧contax蔡司镜头的朋友都会碰到,同样的规格的镜头有AEG MMG AEJ MMJ等不同的型。到底选择哪一款，实在是个令人头痛的难题。

AE镜和MM镜比较好理解，AE镜只能实现光圈优先，而MM即所谓的Multi- Mode，除了光圈优先，还可以使用速度优先和自动程序功能。G代表德国，J当然是代表日本了。那么在具体的成像方面G镜和J镜会有不同吗？虽然官方声称二者没有差别，但是在众多的发烧友当中却对这种说法却是仁者见仁智者见智。德制和日制的区别到底在哪里？我想是不是可以从以下几个方面总结总结

1 镜头的镀膜

镜头到手，首先注意到的是德版和日版镀膜区别，这也是被讨论的最多的一个话题。一般而言德版的镀膜大都呈深紫色（亦有虎玻，绿，蓝等色彩），而与之相比日版的镜头，尤其是广角镜头绿色的镀膜比较常见。不同规格的镜头表现出来不同的镀膜色彩，相同规格但不同批次的镜头仍然表现出不同的镀膜色彩。蔡司T*镀膜的配方频繁的变来变去是难以令人想象的，所以我宁愿相信镜片色彩的不同来自于镜片玻璃材质的不同。

另外一种说法是，镀膜配方虽然相同，但是德版的T*镀膜比日版的微厚。要做测量很简单，相信不必动用比如AFM,SEM等昂贵设备，一台简单的表面形状测定仪就行了。不过为了这个去刮伤两只镜头似乎有些得不偿失。

2 镜片

传说以序列58开头的镜头使用的玻璃和contarex的玻璃一样。contaflex的镜头？玩老头的发烧友一定非常熟悉了。那个 P85T*1.4，就凭其价格比现在contax的纪念镜P85/1.2还要贵，其实力可想而知（数量稀少也是原因之一）。

玻璃对镜头的影响巨大。这一点上德制镜头尤其讲究。日制镜头，一般是先设计再。然而玻璃的实际光学参数和设计值是有偏差的，那么这种偏差对成像的影响也就不可避免了。然而德制镜头，尤其是到Apo一级的，比如哈苏的/2.8，Planar 55/1.2等，则是首先购进玻璃，测试参数，再根据参数进行镜头设计。这种高成本的运作方式虽然保证了镜头的质量，但高价和限产也是不可避免的。

从玻璃的炼制角度来讲，日本多湿，德国干燥，那么在炼制过程中溶解在玻璃中的水分当然是日本玻璃较多。显然从生产环境上来讲，德国产的玻璃在光学性能较为占优。

再有，环保玻璃问题。早期的玻璃含铅，含铊等镧系的过渡金属，对成像有利（比如，氧化铅可提高光学折射率和色散，氧化砷可澄清气泡功能等）。保护环境，减轻污染，我是举双手双脚赞成的，但作为一名摄影发烧友，为失去了一批性能优异的光学玻璃而不得不令人扼腕。近期的德国，日本都采用环保玻璃（比如哈苏德CFI系列镜头）。虽然通过新的研发，也取得了不少令人注目的成绩，但是，个人认为非环保玻璃的特性至今仍然是无法代替的。想一想当年，蔡司仅仅用5枚镜片就打造出了P/2，这是何等的自信和实力！

相同规格的蔡司，德版较日版为早，要想拥有非环保玻璃打造的镜头，那么寻找德头就不可避免了。另外早期德制镜片侧面均未作消光处理，容易残生迷走光线，在逆光是比较容易吃光，从而降低反差。一说，德镜偏黄也出于此。日镜在此方面作了改进，在抗逆光这一条上日镜占优。

3 光圈结构

这个已经是被谈老了的话题。G版镜头一般是锯齿形叶片，光圈收1-2档的时候，背后有点光源存在的情况下光斑呈锯齿状，光圈收到1-2档以上时锯齿消失。而 MMJ版的则为标准的8角形结构，从背景的虚化来讲无疑是MMJ版更符合现代人的口味。令人不解的是，早期contaflex的镜头光圈非常的漂亮，而且并非锯齿形状。蔡司为何改弦更张，个中缘由耐人寻味。

4 镜桶构造

虽然这个话题鲜有人讨论，但是，德国和日本的生产观念在这里却得到了充分的表现。纵观蔡司镜头，不难发现其中的端倪。一些镜头经过从G到J的演变，在外形上已经发生了不小的变化。比如mmF2.8, mmF2.8, mmF3.5, mmF4四款镜头都从胖胖镜廋身成功,都变得小巧纤细，方便携带。

另外有一些镜头的变化却不是那么明显，要找出它们的区别还是要下一番苦功不可。比如从S-planar 60mm/2.8到Makro-planar 60mm/2.8就至少经历了3个版本。第一版的SP60是黑，而且附带有极为优秀的消光筒，第二版还是黑，但是为了节约成本，消光筒被取消；第三版变名Makro-Planar，白，而且尾部的一组镜片被完全模块化。这也就是说，日产的MP不可能像SP那样对镜头的参数作精细调节（这种现象在其他镜头上也能看得到）。

德镜给人的感觉是在维持一定的品质的基础上，上下浮动较大。使用德镜，有的时候要一比，二比甚至三比，四比才能碰到真神仙。而日镜成像比较整齐划一，虽然和杰出的德镜相比稍逊一筹，但是仍然保持相当高的水准。从上面的例子不难看出，德镜部件多，装配繁琐，容易出现误差，但是通过耐心调制可以得到非常好的个体。而日镜，通过大规模的模块化，降低成本，提高了效率，品质也得到一定的保障。日本这一招，虽然有偷工减料之嫌，但也是大工业化下的必然产物。其实作为蔡司的粉丝还是应该由衷地感谢这一点。正是由于日产化以后，才大大降低了成本，使蔡司放下高贵的身价，寻常百姓也能一亲芳泽。

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