扫描电镜实现石墨烯的高质量成像

哈尔滨工业大学大学化工与化学学院的甘阳教授和指导的博士生黄丽（论文第一作者），与河北半导究所专用集成电路国家级重点实验室的冯志红博士合作，采用Zeiss热场发射SEM，对多种衬底（SiC、Si、Cu、Au）支撑的石墨烯体系进行了大量表征分析，系统改变了工作距离和加速电压两个重要成像参数，探索对图像衬度的影响规律。

他们意外发现，E-T SE图像衬度随着工作距离增加而显著提升，即使工作电压较高，也能够实现与低加速电压条件下的类似高图像衬度，成功实现对纳米级褶皱等细节进行高清晰成像（文章题目中借用了费曼的名言“There is Plenty of Room at the Bottom”，寓意为工作距离加大后成像效果提升）。

他们还发现，借助高衬度SEM图像，再辅以AFM和Raman测试，可以实现全衬底范围内的石墨烯层数的快速、准确的定量确定。

他们进一步深入讨论了工作参数对探测器的SE收集效率的影响，建立了统一的理论框架，能够同时自洽地解释工作距离和加速电压两个因素对衬度的影响规律。SEM电子枪发射的电子束与衬底和石墨烯作用后，会产生几种二次电子，如SE1为直接发射产生，SE2为背散射电子激发产生，SE3 为背散射电子与镜筒内部件作用激发产生。E-T探测器对各种SE的收集效率和它们对总SE数量的相对贡献，决定了衬底支撑石墨烯的图像衬度（石墨烯覆盖区域和未覆盖区域的图像相对灰度比值，以及不同层数石墨烯覆盖区域的图像相对灰度比值）的优劣。