在材料檢測與研發(fā)中，科研人員常常面臨一個抉擇：用掃描電鏡（SEM）看清樣品形貌后，若想進(jìn)一步分析其成分、缺陷或發(fā)光特性，往往需要切換模式、更換探測器，甚至動用另一臺專用設(shè)備。這個過程耗時耗力，還可能丟失關(guān)鍵的原位關(guān)聯(lián)信息。

日本電子（JEOL）發(fā)布的應(yīng)用文檔，展示了一款低真空混合二次電子探測器（LHSED）如何為解決這一痛點(diǎn)提供新思路。它并非要取代任何專用分析設(shè)備，而是通過硬件創(chuàng)新，讓一臺常規(guī)的掃描電鏡在完成本職高分辨率形貌成像的同時，近期我司新推出升級了額外具備了快速獲取材料發(fā)光特性信息的能力。

技術(shù)核心：從“單一采集"到“光電雙路"的集成

傳統(tǒng)掃描電鏡的探測器各司其職：二次電子（SE）探測器負(fù)責(zé)形貌，背散射電子（BSE）探測器負(fù)責(zé)成分襯度，而要進(jìn)行陰極發(fā)光（CL）分析則需要復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)。LHSED的創(chuàng)新在于，它在一個探測器中集成了兩套信號采集通路。

1. 電子信號通路：繼承并優(yōu)化了低真空下的氣體放大技術(shù)，用于采集高質(zhì)量的二次電子圖像，尤其改善了低真空模式下的實時成像速度和信噪比。

2. 光信號通路：新增了直接采集樣品受電子束激發(fā)所產(chǎn)生光信號（即陰極發(fā)光）的功能。

LHSED信號采集原理

LHSED的三種模式表

用戶只需在軟件界面切換“LSED-P"（形貌優(yōu)先）或“PD"（發(fā)光分析）模式，即可在同一位置、同一時間點(diǎn)，先后獲得表面的精細(xì)形貌圖和反映材料內(nèi)部缺陷、雜質(zhì)或相分布的發(fā)光對比圖。這種設(shè)計避免了樣品移動和重新尋找視野，保證了兩種信息嚴(yán)格的空間對應(yīng)關(guān)系。

價值體現(xiàn)：不是替代，而是效率與洞察力的提升

根據(jù)應(yīng)用文檔中的案例，這項集成技術(shù)在實際工作中帶來了可驗證的效率提升與功能補(bǔ)充。

1. 成像體驗優(yōu)化，操作更流暢

文檔通過對比名片表面的圖像直觀展示，在低真空模式下，新探測器的LSED-P模式獲得的實時圖像更平滑、細(xì)節(jié)更清晰。這使得用戶在觀察不導(dǎo)電樣品時，能更快地對焦和導(dǎo)航，將操作時間轉(zhuǎn)化為分析時間。

名片表面的低真空二次電子圖像。加速電壓5kV，放大倍率x30,000，掃描時間0.15秒;傳統(tǒng)低真空二次電子探測器(左)，低真空混合二次電子探測器（右，LSED-P模式）

2. 快速篩查定位，引導(dǎo)深入分析
對于混合樣品中發(fā)光特性不同的組分，PD模式能實現(xiàn)快速可視化篩查。例如，在鋅粉中定位發(fā)光的氧化鋅夾雜物，或在LED芯片斷裂面快速定位發(fā)光區(qū)域。這相當(dāng)于為研究人員提供了一個“材料特性指示器"，能快速鎖定感興趣區(qū)域，從而更有目的地使用能譜儀（EDS）或?qū)I(yè)CL系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)定量分析，提升了整體研究的工作流效率。

Zn顆粒及其中ZnO顆粒的SEM圖像和元素面分布圖像。加速電壓：10kV，放大倍率：x3,000

Zn顆粒和ZnO顆粒的拼接圖像。加速電壓5kV，單視野放大倍率x30,000，觀察范圍0.852x0.314mm

3. 缺陷直觀呈現(xiàn)，提供質(zhì)量控制新視角
在氮化鎵（GaN）半導(dǎo)體襯底的檢測中，文檔顯示PD模式可以清晰揭示傳統(tǒng)電子圖像難以顯現(xiàn)的晶體位錯網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合圖像處理軟件，可對這些缺陷進(jìn)行快速統(tǒng)計和面積估算。這為半導(dǎo)體工業(yè)的工藝監(jiān)控和失效分析提供了一個快速、直觀的輔助工具。

(a)晶體中的滑移變形，(b)位錯

PD圖像與圖像分析軟件的結(jié)合可用于GaN的位錯面積和位錯密度測試

小結(jié)：掃描電鏡功能的實用拓展

日本電子的這項LHSED技術(shù)，其核心價值在于通過探測器層面的集成創(chuàng)新，務(wù)實拓展了掃描電鏡的平臺功能。

它使得形貌觀察與材料發(fā)光特性分析這兩個原本分離的工作步驟，得以在單一設(shè)備上無縫銜接。這尤其適用于需要將微觀結(jié)構(gòu)與材料性能進(jìn)行快速關(guān)聯(lián)的領(lǐng)域，如半導(dǎo)體失效分析、新型光電材料研發(fā)、地質(zhì)礦物鑒定等。

對于用戶而言，它意味著在不解破真空、不更換樣品的前提下，就能獲得更豐富、更具關(guān)聯(lián)性的多維信息，從而做出更高效、更準(zhǔn)確的分析決策。這標(biāo)志著掃描電鏡正從一個的成像工具，向一個功能更集成、信息更立體的綜合分析平臺演進(jìn)。