掃描電子顯微鏡借助算法提高分辨率
分類:公司新聞 發布時間:2024-01-03 29938次瀏覽
掃描電子顯微鏡的分辨率取得了重大進步,已進入亞納米級,這在很大程度上歸功於硬...
掃描電子顯微鏡的分辨率取得了重大進步,已進入亞納米級,這在很大程度上歸功於硬件的改進,如更亮的場發射電子源,更好的電子光學設計(如單色器、像差矯正和減速技術等),更高效的探測器,以及更好的真空和更穩定的樣品台。分辨率提升的效果顯而易見,但是也通常伴隨著複雜性和成本的顯著增加。

congdianziguangxueshangkaoliang,yingjianjinbudejibenyuanlishichixujianxiaoshubanyidailaigenghaodefenbianlv,tongshibuguoyuxishengshuliu。weihuodegenghaodexinzaobi,youshihaiyaozengjialeijishijian。danzhexiecuoshirengyouxuduoxianzhi。shouxian,liangdufangchengfanyingchudeshuliuheshubandemaodunmeiyoudedaogenbenjiejue,shuliubenshenyenanyitongshijianguchenduyuzhihefenbianlv。qici,dangmianduishengwuyangpindengdianzishuminganyangpinshi,tongguozengjiazhuliushijianlaigaishantuxiangdexinzaobidezuofakenengdaozhiyangpinpiaoyi,wuranhesunshang。
基(ji)於(yu)軟(ruan)件(jian)的(de)技(ji)術(shu)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)一(yi)種(zhong)提(ti)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)的(de)策(ce)略(lve),這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)降(jiang)低(di)了(le)對(dui)硬(ying)件(jian)和(he)成(cheng)本(ben)的(de)要(yao)求(qiu),在(zai)未(wei)來(lai)可(ke)能(neng)會(hui)受(shou)到(dao)更(geng)廣(guang)泛(fan)的(de)關(guan)注(zhu)。此(ci)外(wai),算(suan)法(fa)的(de)進(jin)步(bu)和(he)計(ji)算(suan)能(neng)力(li)的(de)大(da)幅(fu)提(ti)高(gao),基(ji)於(yu)軟(ruan)件(jian)的(de)方(fang)法(fa)也(ye)比(bi)過(guo)去(qu)更(geng)為(wei)實(shi)用(yong)。
在(zai)電(dian)子(zi)光(guang)學(xue)中(zhong),理(li)想(xiang)物(wu)點(dian)尺(chi)寸(cun)因(yin)衍(yan)射(she)及(ji)其(qi)他(ta)像(xiang)差(cha)的(de)存(cun)在(zai)而(er)擴(kuo)展(zhan),再(zai)考(kao)慮(lv)到(dao)電(dian)子(zi)束(shu)與(yu)樣(yang)品(pin)作(zuo)用(yong)後(hou)各(ge)種(zhong)信(xin)號(hao)溢(yi)出(chu)後(hou)的(de)空(kong)間(jian)分(fen)布(bu),這(zhe)些(xie)因(yin)素(su)導(dao)致(zhi)信(xin)號(hao)電(dian)子(zi)分(fen)布(bu)在(zai)一(yi)個(ge)較(jiao)廣(guang)的(de)範(fan)圍(wei),而(er)不(bu)再(zai)單(dan)純(chun)反(fan)映(ying)局(ju)域(yu)的(de)信(xin)息(xi)。當(dang)信(xin)號(hao)電(dian)子(zi)的(de)空(kong)間(jian)分(fen)布(bu)遠(yuan)超(chao)出(chu)樣(yang)品(pin)像(xiang)素(su)大(da)小(xiao),這(zhe)會(hui)導(dao)致(zhi)圖(tu)像(xiang)中(zhong)嚴(yan)重(zhong)的(de)像(xiang)素(su)重(zhong)疊(die)和(he)模(mo)糊(hu)。
從光學和信息論的角度看,這些造成模糊的因素可以被視為點擴散函數(Point spread function,PSF)。當相平麵沒有任何樣品時,PSF可以被認為是垂直於電子束軸的聚焦麵上電子的空間分布;當測試樣品時,再將形貌因素、信號電子的溢出區和空間分布考慮進去,得到電子束的空間分布曲線。所以PSF跟電子光學係統和樣品都有關。
理想的PSF應該盡可能小,但現實中的成像係統具有不理想的PSF,會(hui)導(dao)致(zhi)實(shi)測(ce)圖(tu)像(xiang)失(shi)真(zhen)或(huo)模(mo)糊(hu)。實(shi)測(ce)圖(tu)像(xiang)可(ke)被(bei)視(shi)為(wei)真(zhen)實(shi)圖(tu)像(xiang)和(he)點(dian)擴(kuo)散(san)函(han)數(shu)的(de)卷(juan)積(ji)。如(ru)果(guo)能(neng)獲(huo)知(zhi)點(dian)擴(kuo)散(san)函(han)數(shu)和(he)實(shi)測(ce)的(de)圖(tu)像(xiang),通(tong)過(guo)去(qu)卷(juan)積(ji)可(ke)以(yi)還(hai)原(yuan)清(qing)晰(xi)的(de)真(zhen)實(shi)圖(tu)像(xiang)。這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)也(ye)被(bei)稱(cheng)為(wei)圖(tu)像(xiang)修(xiu)複(fu)(Image restoration)。但是點擴散函數測量難度較高,反卷積會增加噪聲和偽影。
suizheduituxiangxiufusuanfayanjiudeshenruhejisuannenglidezengqiang,zaidianjingtuxiangxiufushangyechuxianlehenduoxindejiqixuexisuanfa。youxiewenxianduibihepinggulejinnianlaidegezhongdianjingtuxiangxiufusuanfa,renweituxiangzhongdezaoshenghemohutongguoheshidesuanfachulishikeceliang、可消除的。大部分方法需要測量或估算PSF,不少文獻給出了PSE的測量方法。然後結合算法如維納濾波、貝葉斯方法等對圖像進行修複。
PSF方fang法fa結jie合he貝bei葉ye斯si方fang法fa可ke以yi在zai銳rui化hua圖tu像xiang的de同tong時shi不bu引yin入ru偽wei像xiang。圖tu像xiang的de修xiu複fu降jiang低di了le成cheng像xiang對dui束shu斑ban的de要yao求qiu,大da束shu斑ban也ye可ke以yi形xing成cheng清qing晰xi的de圖tu像xiang。通tong過guo圖tu像xiang修xiu複fu,碳tan膜mo上shang金jin納na米mi顆ke粒li在zai低di加jia速su電dian壓ya非fei減jian速su模mo式shi時shi,可ke以yi實shi現xian減jian速su模mo式shi或huo者zhe高gao加jia速su電dian壓ya的de圖tu片pian效xiao果guo。
PSF並結合去卷積的方法,提高各種類型電鏡的背散射電子、二(er)次(ci)電(dian)子(zi)和(he)透(tou)射(she)電(dian)子(zi)圖(tu)像(xiang)的(de)分(fen)辨(bian)率(lv)和(he)質(zhi)量(liang),同(tong)時(shi)還(hai)能(neng)夠(gou)將(jiang)像(xiang)散(san)和(he)離(li)焦(jiao)的(de)圖(tu)像(xiang)進(jin)行(xing)修(xiu)複(fu)。加(jia)之(zhi)電(dian)鏡(jing)圖(tu)像(xiang)是(shi)數(shu)字(zi)化(hua)形(xing)式(shi)處(chu)理(li)和(he)存(cun)儲(chu)的(de),可(ke)以(yi)選(xuan)擇(ze)數(shu)字(zi)圖(tu)像(xiang)處(chu)理(li)技(ji)術(shu)降(jiang)低(di)噪(zao)聲(sheng)。
在某些條件下,光鏡和透射電鏡的PSF受影響因素較少,可以較簡單地從成像過程的物理定律中算出。但是由電子在樣品內部的多次散射,在掃描電鏡中(zhong)確(que)定(ding)點(dian)擴(kuo)展(zhan)函(han)數(shu)的(de)困(kun)難(nan)還(hai)很(hen)大(da)。文(wen)獻(xian)中(zhong)的(de)成(cheng)功(gong)應(ying)用(yong)還(hai)較(jiao)少(shao)地(di)局(ju)限(xian)在(zai)形(xing)貌(mao)和(he)成(cheng)分(fen)較(jiao)簡(jian)單(dan)的(de)樣(yang)品(pin)中(zhong)。而(er)且(qie),現(xian)在(zai)圖(tu)像(xiang)修(xiu)複(fu)的(de)應(ying)用(yong)案(an)例(li)還(hai)較(jiao)少(shao),修(xiu)複(fu)的(de)方(fang)法(fa)較(jiao)繁(fan)瑣(suo),算(suan)法(fa)還(hai)有(you)很(hen)大(da)提(ti)升(sheng)空(kong)間(jian)。
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