如何测量管径更准确？— SE 和 BSE 图像的测量对比

2020-01-22

在使用扫描电镜进行形貌观察的时候，有时为了能同时获取形貌和成分衬度的图像，会采取多通道探测器同时进行 SE 和 BSE 的信号采集的方式。SE 和 BSE 图像虽然都可以满足形貌观察的要求，但是它们对形貌的表现却并不完全一致，尤其是需要对样品进行精确测量的时候。两者的测量结果可能会存在很大误差，哪一个结果才是正确的？是什么导致了误差的出现？如何解决这一问题？...这就是我们今天准备深入探讨的话题。



SE 和 BSE 管径测量的数据差异


我们以一个管状结构的试样为例进行说明，根据样品特性，我们首先使用较常用的 5kV 的加速电压，同时进行 SE 和 BSE 的信号采集，得到了 In-Beam SE 高角二次电子、In-Beam BSE 高角背散射电子以及 LE-BSE 低角背散射电子三个信号的图像。

     

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图1：管状结构的试样，左图：In-Beam SE像；中图：LE-BSE像；右图：In-Beam BSE像


乍一看三张图片的差别并不大，我们在图片上进行了精确的测量，却发现二次电子图像测得的管径数据明显大于两个背散射电子图像上测得的数据。SE 图像上测得的管径为40nm，而高角和低角 BSE 图像上测得的管径相当，约为 32nm。两者的差异有8nm，相对误差竟然高达20-25%！

相信看到这组数据，很多人都会提出疑问，这究竟是一个个案还是普遍存在的现象呢？是否可能是因为手动测量导致的误差？毕竟在高倍数下，每个像素可能就是一两个纳米，每个人对边界的判断也不一样，很有可能由此导致误差的出现。
为了验证这些问题，接下来我们使用了管径较粗的管状试样做了同样的实验，仍采用相同的 5kV 加速电压，同时进行 In-Beam SE 和 In-Beam BSE 的信号采集。

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图2：管径较粗的管状试样，左图：In-Beam SE像；右图：In-Beam BSE像


为了避免在测量过程中由于对边界判断标准不一致引起的人为误差，我们利用 TESCAN 操作软件中标配的“ Canny Edge Detector ”功能，对边界进行自动识别，勾勒出边界区域，然后再对识别的边界进行测量。这样就可以有效避免人为因素对 SEM 灰度图像边界判断的标准不一致而导致出现的测量误差。3.JPG

图3：管径较粗的管状试样，左图：In-Beam SE测量结果；右图：In-Beam BSE测量结果


经过精确测量后我们发现，高角 BSE 图像上测得的管径为155.5nm，高角 SE 图像上测得的管径为163.3nm，仍有8nm左右的误差。

因此可见，这 8nm 的误差和试样本身的管径无关，也并非人为对边界判断标准不一样而引起的误差，这是一个普遍存在的现象！


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