在扫描电子显微镜（SEM）中，长时间扫描是一种有效减少图像伪影（artifacts）的方法。通过延长扫描时间，能够平均掉噪声和电荷积累等干扰因素，从而获得更高质量的图像。下面是如何设置长时间扫描以减少伪影的详细步骤和相关注意事项。

1. 长时间扫描的原理

信噪比提升：通过长时间扫描，SEM 可以多次扫描同一区域，将多个扫描帧叠加后取平均值，从而降低随机噪声的影响，提升图像的信噪比（SNR）。

减少电荷累积效应：长时间扫描可以以更慢的速率扫描样品，减少一次性高电子剂量对样品的轰击，从而减少电荷积累带来的图像伪影。

平均化漂移效应：样品在扫描过程中可能会发生轻微的机械漂移或热漂移，长时间扫描有助于通过图像叠加来平均掉这些漂移效应。

2. 设置长时间扫描的步骤

2.1. 降低扫描速度

降低扫描速率：降低扫描速率（scan speed）是长时间扫描的关键步骤之一。较低的扫描速率意味着电子束在样品上的停留时间更长，这可以减少噪声，提升图像的清晰度。

在 SEM 的控制软件中，一般可以通过调整扫描速度（Scan Speed 或 Dwell Time）来实现。

操作步骤：

在 SEM 控制软件中找到“扫描速率”或“扫描时间”设置选项。

选择较低的扫描速度（通常是较大的 dwell time）。

注意：过低的扫描速率可能导致热效应或电荷积累，因此需要根据样品的特性来选择合适的参数。

2.2. 累积多帧图像

多帧叠加（Frame Integration）：SEM 控制软件通常允许进行多帧叠加（frame integration），即通过多次扫描相同区域，叠加这些图像来平均化噪声和减少伪影。

操作步骤：

在 SEM 软件中找到“帧叠加”或“帧累积”选项（Frame Integration 或 Frame Averaging）。

设置需要累积的帧数，通常可以选择叠加 4 到 64 帧，具体数量根据噪声水平和样品的稳定性来决定。

SEM 会自动对这些帧进行叠加和平均，生成噪声更低的图像。

2.3. 调节束电流

降低束电流：降低束电流（Beam Current）可以减少对样品的电子束轰击，从而减轻电荷积累效应，避免表面充电导致的伪影。

操作步骤：

在 SEM 设置中调整束电流（通常称为“电子束电流”或“探针电流”）。

降低束电流可以减少样品表面过度充电，尤其适用于非导电材料或容易充电的样品。

2.4. 选择适当的加速电压

优化加速电压：根据样品的性质，选择合适的加速电压（Accelerating Voltage）。较高的电压会使电子束穿透样品表面，更适合厚样品，而较低的电压可以减少非导电样品的电荷积累效应，降低伪影。

操作步骤：

调整加速电压。对于容易充电的样品，建议使用较低的电压（例如 1-5 kV）。对于导电样品或较厚的样品，可以使用更高的电压（例如 10-30 kV）。

2.5. 使用漂移校正

启用漂移校正：在长时间扫描过程中，样品可能会因机械或热效应而产生漂移。通过启用漂移校正功能（Drift Correction），SEM 可以在扫描时自动调整图像位置，减少由于样品漂移导致的伪影。

操作步骤：

在 SEM 设置中启用“漂移校正”功能，允许 SEM 在每一帧之间进行位置调整，确保每帧图像的对齐精度。

如果漂移较严重，可以尝试缩短扫描时间或改进样品固定方式。

3. 附加措施以减少伪影

3.1. 减少电荷累积

对于非导电样品，电荷累积可能会导致显著的伪影。可以通过以下方法来减少电荷累积：

样品涂覆导电层：对非导电样品表面进行导电涂覆（如金、铂、碳），可以有效减少电荷积累。这种方法适用于绝缘材料或表面电阻较大的样品。

使用低电压模式：降低电子束的加速电压（例如 1-5 kV），可以减少样品表面的充电效应。

3.2. 改进真空条件

高真空模式：选择高真空模式有助于减少样品表面气体分子对电子束的散射，从而减少图像伪影。

环境真空模式（ESEM）：对于易于充电的非导电样品，ESEM（环境扫描电子显微镜）模式可以使用低真空或湿环境来减少电荷积累。

3.3. 减少机械震动

SEM 成像的稳定性受外部机械震动的影响。如果实验室环境有较多震动源，可以通过以下方法减少震动对图像质量的影响：

安装减震台：在 SEM 下方安装减震装置，减少环境震动对样品和探针的影响。

优化实验室环境：将 SEM 安装在远离机械设备或人流密集的地方，避免因震动导致的图像伪影。

4. 长时间扫描的注意事项

样品稳定性：长时间扫描的前提是样品的物理和化学稳定性。如果样品在长时间扫描过程中发生了变形、漂移或挥发，反而会引入更多伪影。

热效应：长时间扫描时，电子束会持续对样品进行加热，导致热膨胀或形变，尤其是在高电压和高束流下。可以通过间歇扫描或使用低束流降低热效应。

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