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在微观世界的探索中，扫描电子显微镜无疑是科学家和工程师们的“火眼金睛”，它能够以纳米级的分辨率呈现材料的表面形貌。然而这双“火眼金睛”有时也会被“假象”所迷惑。许多操作者都遇到过一个棘手的问题：在观测陶瓷、高分子聚合物、生物样本等电绝缘性样品时，图像会突然出现异常的亮区、扭曲、漂移，甚至出现瞬间的“闪白光”，严重干扰了对样品真实结构的分析。这一现象的背后，正是“电荷积累效应”（Charging Effect）在作祟。

“幽灵闪光”的起源：电荷积累效应的物理本质

要理解电荷积累效应，我们首先需要回顾扫描电镜的工作原理。SEM是通过发射一束高能电子束，逐点扫描样品表面，通过检测电子束与样品相互作用产生的二次电子（SE）和背散射电子（BSE）等信号来成像的。

当电子束轰击样品表面时，会发生一系列复杂的物理过程：

电子注入：入射的高能电子（即一次电子）会注入样品内部。

信号电子出射：一次电子与样品原子相互作用，会激发出低能量的二次电子和高能量的背散射电子。这些出射的电子被探测器收集，用于构建图像。

图 用电子束照射样品时可能发生的物理过程的示意图概述

对于导电样品而言，注入的电子可以通过样品台和导电胶带迅速传导至地，从而保持样品表面的电荷平衡。然而当样品是绝缘体或导电性极差时，问题就出现了。绝缘体内缺乏自由移动的电荷载流子，注入的电子无法被有效导出，从而在电子束扫描的区域不断累积，形成一个局部的负电荷区。

图 几种常见的荷电现象

电荷的累积会产生一个与一次电子束电荷相斥的静电场。这个额外的电场会像一个隐形的透镜，严重干扰后续入射的电子束和出射的信号电子：

入射电子束偏转：累积的负电荷会对后续的入射电子束产生排斥力，使其偏离预设的扫描路径。这会导致图像发生几何畸变、扭曲甚至漂移。

信号电子轨迹改变：累积的电场同样会影响从样品表面出射的二次电子。它可能会阻碍低能量的二次电子逃逸，或者使其轨迹发生偏转，导致探测器接收到的信号异常。

“闪白光”——失控的放电：当电荷累积到一定程度，超过了材料局部的击穿阈值时，就会发生瞬间的、不受控制的放电现象。这会产生一个强度极大的信号脉冲，在图像上表现为一道道刺眼的亮线或一片突然“闪白”的区域，掩盖了样品的真实形貌。

图 静电场中任何一条电场线，都是起自正电荷（或来自无穷远处），止于负电荷（或伸向无穷远）

电荷积累的程度与多个因素相关，包括样品的导电性、表面粗糙度、加速电压、束流大小以及真空度等。加速电压越高，注入的电子越多，充电效应通常越严重。

驯服“闪光”的利器：现代电镜的解决方案

面对棘手的电荷积累效应，科学家和设备制造商们开发出了一系列行之有效的解决方案。这些方法的核心思想无外乎两条：要么让样品“导电”，要么“中和”掉累积的电荷。

这是传统也最直接的方法。通过离子溅射或真空蒸发的方式，在绝缘样品表面均匀地镀上一层几十纳米厚的导电金属薄膜，如金、铂、金钯合金或碳。

图 A4纸喷金前（左）和喷金后（右）对比图

工作原理就是这层导电膜为注入的电子提供了一条通往样品台和地的“高速公路”，有效避免了电荷的局部积累，优势效果也比较显著，适用于大多数绝缘样品，不过也有一定的局限性：

掩盖细节：镀层本身具有一定的颗粒度，可能会掩盖样品表面最精细的纳米结构细节。

成分分析干扰：进行能谱（EDS）分析时，镀层金属的特征X射线峰会干扰对样品本身元素组成的分析。例如，常用的金涂层会干扰硫、磷等元素的检测。

样品损伤：离子溅射过程可能对一些敏感样品（如软物质、生物样本）的表面造成损伤。

对于不希望或不适合进行喷金处理的样品，低真空扫描电镜提供了一种更为优雅的解决方案。以泽攸科技自主研发的ZEM系列台式扫描电镜为例，其配备的低真空成像技术，正是应对电荷效应的利器。