Nghiên cứu hình thái học vật liệu, linh kiện nanô bằng công nghệ ảnh nổi 3D trên kính hiển vi điện tử quét ( 3D Stereo Sem Imaging)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ






CHU ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU HÌNH THÁI HỌC VẬT LIỆU,
LINH KIỆN NANÔ BẰNG CÔNG NGHỆ ẢNH
NỔI 3D TRÊN KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT
(3D STEREO SEM IMAGING)







LUẬN VĂN THẠC SĨ












Hà Nội - 2007

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ





CHU ANH TUẤN





NGHIÊN CỨU HÌNH THÁI HỌC VẬT LIỆU,

LINH KIỆN NANÔ BẰNG CÔNG NGHỆ ẢNH
NỔI 3D TRÊN KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT
(3D STEREO SEM IMAGING)




Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện nanô
Mã số:




LUẬN VĂN THẠC SĨ


NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Phạm Hồng Dương







Hà Nội - 2007
MỤC LỤC

Trang
Trang phụ bìa

Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị

MỞ ĐẦU
1
Chương 1 - NGUYÊN LÝ HÌNH ẢNH 3D
3

1.1
Công nghệ ảnh nổi 3D
3

1.2
Nguyên lý hình ảnh 3D
4


1.2.1 Sự cạnh tranh (rivalry)
5


1.2.2 Hợp thị (convergence)
6

1.2.3 Sự chênh lệch(disparity)
6


1.2.4 Stereoscopy
7

1.3
Kết luận
9
Chương 2 - NGHIÊN CỨU CHỤP VÀ HIỂN THỊ ẢNH 3D TRÊN KÍNH
HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT (SEM)
10

2.1
Nguồn phát xạ điện tử
10


2.1.1 Phát xạ nhiệt điện tử
10


2.1.2 Phát xạ trường (field emission)
11

2.2
Tương tác giữa điện tử với chất rắn
14

2.3
Sự tạo ảnh điện tử thứ cấp
15


2.3.1 Điện tử thứ cấp
15


2.3.2 Quá trình tạo ảnh trong hệ SEM
17

2.4
Các yếu tố, hiện tượng ảnh hưởng tới quá trình tạo ảnh
19


2.4.1 Nhiễu và tỷ số tín hiệu/nhiễu (Sign/Noise)
19


2.4.2 Kích thước điểm hội tụ
20


2.4.3 Dòng chùm điện tử hội tụ tới bề mặt mẫu
22

2.4.4 Độ phóng đại ảnh
23


2.4.5 Phân giải không gian (spatial resolution)
24


2.4.6 Độ sâu hội tụ (depth of focus)
26


2.4.7 Khoảng cách làm việc (working distance)
28


2.4.8 Điện thế gia tốc (accelerating voltage)
29


2.4.9 Độ tương phản (contrast)
31


2.4.10 Sự tích lũy điện tích trên mẫu
32

2.5 Nghiên cứu phương pháp chụp 3D
32

2.5.1 Kính hiển vi điện tử quét FE-SEM S4800
32


2.5.2 Phương pháp chụp 3D
33


2.5.3 Ảnh hưởng của các thông số đến độ sâu của ảnh 3D
36

2.6 Xử lý, mã hóa và hiển thị dữ liệu 3D
40


2.6.1 Kính Red – Cyan và ảnh 3D anaglyph
40


2.6.2 Tấm vi thấu kính và ảnh 3D autostereo
43

2.7 Phương pháp đo độ sâu
45

2.8 Kết luận
47
Chương 3 - TỔNG HỢP NANÔ TINH THỂ ZnO, NGHIÊN CỨU HÌNH
THÁI CÁC NANÔ TINH THỂ ZnO BẰNG ẢNH 3D SEM

48

3.1 Vật liệu ZnO
48

3.2 Tổng hợp các nano tinh thể ZnO
50


3.2.1 Phương pháp bốc bay nhiệt
50


3.2.2 Các cơ chế hình thành cấu trúc nanô
51


3.2.3 Vai trò của xúc tác kim loại
54


3.2.4 Tổng hợp các cấu trúc nanô ZnO
56

3.3 Khảo sát vật liệu nanô tinh thể ZnO
58


3.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
58

3.3.2 Khảo sát tính chất quang
59

3.4 Các hình thái của nanô tinh thể ZnO
62

3.5 Kết luận
66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
67
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
69
TÀI LIỆU THAM KHẢO
70









DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT



1D One Dimension

(Không gian 1 chiều)
2D Two Dimension
(Không gian 2 chiều)
3D Three Dimension
(Không gian 3 chiều)
AFM Atomic Force Microscope
(Kính hiển vi lực nguyên tử)
AV Accelerating Voltage
(Điện thế gia tốc)
BSE Backscattered Electrons
(Điện tử tán xạ ngược)
CCD Charge Coupled Device

CRT Cathode Ray Tube
(Ống tia catốt)
DOF Depth of Focus (Depth of Field)
(Độ sâu hội tụ (Độ sâu trường ảnh))
FESEM Field Emission Scanning Electron Microscopy
(Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường)
FIB Focused Ion Beam
(Chùm iôn hội tụ)
FWHM Full width at half maximum
(Độ bán rộng cực đại)
HCP Hexagonal close packed
(Cấu trúc lục giác xếp chặt)
MEMS MicroElectromechanical Systems
(Hệ thống vi cơ điện tử)
SE Secondary electrons
(Điện tử thứ cấp)
SEM Scanning Electron Microscope

(Kính hiển vi điện tử quét)
TEM Transmission Electron Microscopy
(Kính hiển vi điện tử truyền qua)
UV Ultraviolet
(Tia cực tím)
VLS Vapor Liquit Solid
(Cơ chế hơi lỏng rắn)
VS Vapor Solid
(Cơ chế hơi rắn)
WD Working Distance
(Khoảng cách làm việc)
XRD X-ray Diffraction
(Nhiễu xạ tia X)

DANH MỤC CÁC BẢNG


Trang
Bảng 2.1
So sánh các tính chất giữa hai loại nguồn phát xạ điện tử là
phát xạ nhiệt và phát xạ trường tại điện thế gia tốc 20 kV
14
Bảng 2.2
Quan hệ giữa đường kính điểm hội tụ và chất lượng ảnh
21
Bảng 2.3
Quan hệ giữa độ phóng đại và độ dài bước quét
23
Bảng 2.4
Quan hệ giữa độ phóng đại và kích thước của Pixel
23
Bảng 2.5
Ảnh hưởng của độ mở aperture tới độ sâu trường nhìn ở các
độ phóng đại khác nhau. Khoảng cách làm việc 10 mm
28
Bảng 2.6
Quan hệ giữa khoảng cách làm việc và chất lượng ảnh
29
Bảng 2.7
Quan hệ giữa khẩu độ và chất lượng ảnh
29
Bảng 2.8

Các thông số đặc trưng cơ bản của hệ FE SEM Hitachi
S4800
33
Bảng 2.9
Kết quả khảo sát độ chênh lệch ảnh phụ thuộc vào góc quay
φ
37
Bảng 3.1
Các tính chất và đặc trưng cấu trúc của ZnO
49
















DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Trang
Hình 1.1

Hình ảnh minh hoạ về hiện tượng cạnh tranh (rivalry) của hai mắt
6
Hình 1.2
Góc hợp thị của hai mắt khi quan sát
7
Hình 1.3
Quan hệ giữa khoảng cách hội tụ, khoảng cách hợp thị và ấn tượng
về độ sâu khi quan sát hình ảnh 3D
8
Hình 2.1
Cơ chế phát xạ nhiệt sử dụng trong súng tia cathode
11
Hình 2.2
Cơ chế phát xạ trường và sự hình thành nguồn phát xạ ảo trong súng
phát xạ trường (FEG)
12
Hình 2.3
Tương tác giữa chùm điện tử mang năng lượng cao với chất rắn
13
Hình 2.4
Phân bố năng lượng của điện tử thứ cấp
14
Hình 2.5
Hiệu suất phát xạ điện tử thứ cấp và điện tử tán xạ ngược phụ thuộc
vào số nguyên tử Z của mẫu
15
Hình 2.6
Cơ chế phát sinh điện tử thứ cấp
17
Hình 2.7

Sự tạo ảnh điện tử thứ cấp
18
Hình 2.8
Ảnh hưởng của hiệu ứng biên
20
Hình 2.9
Hội tụ chùm điện tử trong hệ SEM
21
Hình 2.10
Dòng chùm điện tử hội tụ trên bề mặt mẫu
22
Hình 2.11
Độ sâu hội tụ
23
Hình 2.12
Ảnh hưởng của độ sâu hội tụ
25
Hinh 2.13
Mô phỏng Monte Carlo về sự phụ thuộc của kích thước thể tích
tương tác vào số nguyên tử của mẫu và điện thế gia tốc
29
Hình 2.14
Ảnh chụp hệ FE SEM Hitachi S4800

Hình 2.15
Các núm vi chỉnh X, Y, Z, R, T của hệ FE SEM Hitachi S4800
29
Hình 2.16
Phương pháp quay trục T
31

Hình 2.17
Phương pháp quay trục R
32
Hình 2.18
Góc nghiêng φ trong kỹ thuật chụp 3D
33
Hình 2.19
Hình ảnh minh hoạ hiệu ứng nổi/chìm
33
Hình 2.20
Ảnh 3D anaglyph tinh thể ZnO thử nghiệm. WD = 10 mm; φ = 0,2
o

34
Hình 2.21
Ảnh 3D anaglyph tinh thể ZnO thử nghiệm. WD = 10 mm; φ = 0,8
o

35
Hình 2.22
Ảnh 3D anaglyph tinh thể ZnO thử nghiệm. WD = 10 mm; φ = 0,2
o

36
Hình 2.23
Kính anaglyph Red - Cyan bằng nhựa, gọng giấy và kính anaglyph
Red - Cyan bằng thuỷ tinh
40
Hình 2.24
Phổ truyền qua của tấm lọc màu đỏ bằng nhựa

40
Hình 2.25
Phổ truyền qua của tấm lọc màu xanh da trời bằng nhựa
40
Hình 2.26
Quá trình xử lí, hiển thị ảnh lenticular autostere
42
Hình 2.27
Quan sát ảnh lenticular autostereo bằng thị giác hai mắt
43
Hình 2.28
Đo độ sâu bằng phương pháp chụp 3D

Hình 3.1
Cấu trúc wurtzite và cấu trúc lục giác xếp chặt (HCP) của ZnO
46
Hình 3.2
Quá trình hình thành các dây nanô ZnO theo cơ chế VLS
49
Hình 3.3
Cơ chế hình thành các dây nano và cơ chế mọc tại chỗ bằng phương
pháp VLS
50
Hình 3.4
Sơ đồ lò bốc bay, vị trí đặt nguồn vật liệu và các đế Si
54
Hình 3.5
Giản đồ nhiệt độ - thời gian trong quá trình tổng hợp mẫu ZnO

Hình 3.6

Giản đồ phân bố các vùng nhiệt độ trên đế Si trong hệ lò bốc bay

Hình 3.7
Giản đồ nhiễu xạ tia X của hỗn hợp các cấu trúc nanô dạng thanh và
dạng kim trên đế Si/Au tại vùng nhiệt độ 850
o
C -950
o
C
54
Hình 3.8
Sơ đồ đo phổ huỳnh quang các nanô tinh thể ZnO
56
Hình 3.9
Phổ huỳnh quang đo ở nhiệt độ phòng của hỗn hợp các cấu trúc
nanô dạng thanh và dạng kim trên đế Si/Au tại vùng nhiệt độ 850
o
C
- 950
o
C, nguồn sáng kích thích có bước sóng 325 nm
57
Hình 3.10
Ảnh 3D SEM anaglyph của các thanh nanô (nanorod) trên đế Si,
được tổng hợp ở nhiệt độ 800
o
C-850
o
C
58

Hình 3.11
Ảnh 3D SEM anaglyph của hỗn hợp các thanh nanô (nanorod) và
kim nanô (nanoneedle) trên đế Si, tổng hợp ở nhiệt độ 850
o
C-
950
o
C
60
Hình 3.12
Ảnh 3D SEM anaglyph của các dây nanô (nanowire) trên đế Si,
tổng hợp ở nhiệt độ 1000
o
C-1080
o
C
62










MỞ ĐẦU
Công nghệ 3D – một công cụ tái hiện thế giới thực, với khả năng mô tả lại
thế giới thực trung thực hơn, mang lại nhiều thông tin chi tiết hơn hẳn công nghệ

2D truyền thống, công nghệ 3D đã được ứng dụng rộng rãi trong phim ảnh 3D,
trò chơi 3D, đồ hoạ 3D hay nhiếp ảnh 3D. Tuy nhiên, ứng dụng công nghệ 3D
vào nghiên cứu khoa học vẫn còn là một lĩnh vực mới mẻ, và chưa được khai
thác nhiều.
Kỹ thuật ảnh 3D hiển vi điện tử quét (3D SEM) là một bước phát triển mới
quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ 3D vào việc tạo ảnh hiển vi cũng như
nghiên cứu hình thái các đối tượng vi mô, đang dần trở thành công cụ nghiên
cứu mới cho các nhà khoa học. Hiện nay, kỹ thuật này đang được nghiên cứu
phát triển để chụp ảnh MEMS [9], chụp ảnh các vật liệu có kích thước nanômét
[2], chụp ảnh huỳnh quang 3D của các tế bào sinh học [43] hay chụp vi sinh vật
[19].
Hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và công nghệ nanô,
trong lĩnh vực chế tạo vật liệu và linh kiện có kích thước nanômét, việc chế tạo
và khảo sát hình thái cũng đang là một vấn đề rất được quan tâm nghiên cứu bởi
nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước [1, 9, 10, 13, 20]. Trên thực tế, hình
thái phong phú và phức tạp của các cấu trúc nanô thường khó quan sát được
bằng các phương pháp tạo hình ảnh đơn thị 2D truyền thống, người quan sát khó
thấy được chiều sâu và các cấu trúc không gian của các vật thể.
Với những lí do đó, chúng tôi đã chọn đề tài: “nghiên cứu hình thái học
vật liệu, linh kiện nanô bằng công nghệ ảnh nổi 3D trên kính hiển vi điện tử
quét (3D stereo SEM imaging)” với mục tiêu ứng dụng và phát triển kỹ thuật
ảnh nổi 3D hiển vi điện tử trong các nghiên cứu hình thái học mẫu vật có kích
thước micrômét và nanômét (vật liệu cấu trúc nanô, linh kiện quang tử cấu trúc
nanô). Đây là đề tài luận văn lần đầu tiên được tiến hành nghiên cứu và ứng
dụng ở Việt Nam.
Nội dung nghiên cứu chủ yếu của luận văn nhƣ sau:
 Nghiên cứu chụp ảnh 3D stereo trên kính hiển vi điện tử quét (SEM).
 Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng tới chất lượng của ảnh nguồn như độ
sâu hội tụ, độ sâu trường ảnh, độ tương phản và các phương pháp tăng
cường chất lượng ảnh.

 Nghiên cứu phương pháp hiển thị ảnh 3D hiển vi trên màn hình vi tính và
kỹ thuật in dán ảnh nổi 3D autostereo hiển vi.
 Chế tạo mẫu vật liệu có cấu trúc nanô và ứng dụng ảnh 3D hiển vi nghiên
cứu hình thái học các mẫu vật đó.
Bố cục của luận văn bao gồm 3 chƣơng:
Chƣơng 1 - Nguyên lý hình ảnh 3D.
Trong chương 1, tác giả trình bày một cách tổng quan về khái niệm, nguyên
lý hình ảnh 3D, lịch sử cũng như tình hình phát triển của công nghệ 3D trong
nước và trên thế giới. Bên cạnh đó một số đặc tính của thị giác hai mắt như sự
cạnh tranh (rivalry), sự hợp thị (convergence) và sự chênh lệch (disparity) cũng
được nhắc lại.
Chƣơng 2 - Nghiên cứu chụp và hiển thị ảnh 3D trên kính hiển vi điện tử
quét (SEM).
Chương 2 trình bày về nguyên lý tạo ảnh SEM cũng như các ảnh hưởng qua
lại giữa các thông số và các hiện tượng xảy ra trong quá trình ghi ảnh. Một quy
trình đầy đủ từ việc chụp, xử lý và hiển thị ảnh SEM bằng kỹ thuật 3D hiển vi
đã được xây dựng và hoàn thiện trong chương này. Ngoài ra, phương pháp đo
chiều sâu bằng kỹ thuật chụp và hiển thị 3D cũng đã được đề xuất.
Chƣơng 3 - Tổng hợp nanô tinh thể ZnO, nghiên cứu hình thái các nanô
tinh thể ZnO bằng ảnh 3D SEM.
Chương này mô tả quá trình tổng hợp các nanô tinh thể ZnO bằng phương
pháp bốc bay nhiệt có sự tham gia của xúc tác Au. Sản phẩm thu được là các
nanô tinh thể ZnO có hình thái khác nhau. Hình thái và vi cấu trúc của các sản
phẩm này đã được khảo sát bằng kỹ thuật 3D SEM, kết quả khảo sát cấu trúc
tinh thể, tính chất quang cũng được trình bày và thảo luận ở đây.
Cuối cùng, phần kết luận và kiến nghị trình bày các kết quả đạt được và
đưa ra các kết luận rút ra từ những kết quả nghiên cứu của tác giả. Đồng thời,
một số ý kiến đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài cũng được nêu ra ở
đây.

CHƢƠNG 1

NGUYÊN LÝ HÌNH ẢNH 3D
1.1 Công nghệ ảnh nổi 3D
Hình ảnh stereo đầu tiên được Wheastone sáng tạo năm 1838 [28, 29, 30].
Từ đó tới nay, những người làm việc với hình ảnh stereo không có nhiều, và
thường không được biết đến, nhưng nhiệt tình và cống hiến của họ không hề suy
giảm. Ngày nay, những thao tác sáng tạo về không gian thị giác hai mắt, không
chỉ về hiện thực tuyệt vời của stereoscopy, đang được quan tâm ngày càng
nhiều.
Công nghệ 3D không còn xa lạ trên thế giới và đã được ứng dụng rộng rãi
trong các lĩnh vực khác nhau. Thế kỷ 21 đang chứng kiến sự bùng nổ của công
nghệ 3D, rất nhiều hãng lớn đã đầu tư mạnh cho các nghiên cứu và ứng dụng 3D
như máy tính 3D (Sharp, Toshiba), game 3D (Sega), điện ảnh 3D (Walt Disney,
Universal Studio), nhiếp ảnh 3D, hay cả ti vi 3D sẽ phổ biến trong vài năm
nữa. Thị trường quảng cáo bằng công nghệ 3D cũng đang phát triển mạnh mẽ
trên thế giới.
Tại Việt Nam, giới trẻ cũng bắt đầu quan tâm đến các ứng dụng 3D, nhưng
chỉ dừng lại ở phân đoạn tạo dữ liệu 3D (3D data) bằng các phần mềm dựng 3D
có sẵn của nước ngoài (3DSMax, Maya) chứ chưa khai thác được các công
nghệ hiển thị 3D (3D display). Dữ liệu 3D chỉ khi được kết hợp với hiển thị 3D
thì mới phát huy được hết các ưu điểm và đem lại sự khác biệt thực sự của công
nghệ 3D [52].
3D hay công nghệ 3D là khái niệm hay được lạm dụng trong thời đại kỹ

thuật số hiện nay. Bất cứ cái gì thể hiện được (trực tiếp hay gián tiếp) tính hình
khối hay hiệu ứng bóng đổ đều có thể được gọi là sản phẩm công nghệ 3D. Từ
mô hình 3DSMax, font chữ 3D đến hoạt hình 3D. Tuy nhiên, khái niệm 3D nếu
được hiểu đầy đủ và toàn vẹn phải gắn với con người, tức là phải tuân theo quy
luật của sinh lý thị giác. Vì con người có hai mắt nên nhận thức thị giác 3D gắn
với con người phải là thế giới quan stereo. Công nghệ 3D thực thụ phải đem lại
cảm giác đắm chìm (immersion) của chủ thể quan sát vào trong đối tượng quan
sát.
Khi một hình ảnh (image), mô hình (model) hay hoạt cảnh (scene) được tái
hiện bằng các phương tiện kỹ thuật số (máy tính, máy ảnh, ), nó chưa được
coi là 3D đầy đủ và đích thực nếu chưa thỏa mãn yếu tố trên. Một mô hình
dựng trên 3DSmax, Maya có thể được coi là một thực thể 3D chưa trọn vẹn bởi
nó mới chỉ có tính dữ liệu 3D (3D data) mà chưa có tính thể hiện 3D (3D
display). Tính hình khối của các đối tượng này chỉ thể hiện gián tiếp thông qua
các lệnh xoay, dịch chuyển, hay các hiệu ứng chiếu sáng và bóng đổ nhờ các
công cụ điều khiển. Khi kết xuất (render) rồi trình chiếu trên các phương tiện
hiển thị thông thường như màn hình máy tính, ti vi hay in ra giấy, ở mỗi thời
điểm và mỗi vị trí, người quan sát chỉ nhận được những hình ảnh 2D. Chỉ khi
dữ liệu đó được kết xuất ra hai luồng trái, phải riêng biệt và được hiển thị theo
phương pháp 3D thì mới được coi là 3D đầy đủ.
Ảnh nổi 3D nói riêng hay công nghệ hiển thị 3D nói chung có thể ứng dụng
vào khoa học như Vật lý (chụp ảnh 3D các hệ vi cơ MEMS [9], các mẫu vật cỡ
micrômét, nanômét), vào địa chất, công nghệ vũ trụ (ảnh 3D chụp bề mặt trái
đất, bề mặt sao hỏa), giáo dục đào tạo (các hệ mô phỏng 3D tập lái xe ôtô, lái tàu
thủy), y học (mô hình 3D cơ thể người hay sinh vật), kiến trúc (thiết kế mô hình
nhà cửa 3D), bảo tồn bảo tàng (ảnh 3D các di tích hay cổ vật),
Trong kỹ thuật ảnh hiển vi 3D, một số nhóm tác giả trên thế cũng đã đề
xuất giải pháp chụp và hiển thị ảnh 3D trên thiết bị SEM, nhưng chưa có báo
cáo nào trình bày một cách tường minh và cụ thể. Giải pháp của các sáng chế
này thường là thay đổi kết cấu của thiết bị chụp SEM như lắp thêm cuộn dây

làm lệch chùm điện tử [48], tạo hai súng điện tử hoặc kết hợp chùm điện tử và
chùm ion hội tụ trong các thiết bị crossbeam FIB-SEM để ghi ảnh đồng thời ở 2
góc độ khác nhau [14].
Một số hình ảnh đã được chụp và hiển thị theo phương pháp 3D anaglyph
như ảnh bề mặt sao hỏa, ảnh mặt trăng được phát hành bởi NASA [46, 47], ảnh
hiển vi chụp các vi sinh vật hay ảnh chụp các mẫu khoáng vật phục vụ nghiên
cứu các cơ chế phong hóa trong lĩnh vực khoa học đất [47]. Khi xem các ảnh
này cần dùng kính phân màu anaglyph để tách hai luồng ảnh cho mắt trái và
mắt phải. Ngoài một số ảnh 3D anaglyph phục vụ cho nghiên cứu khoa học, tại
viện Khoa học Vật liệu – viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, một số ảnh
tích hợp lenticular autostereo chụp phong cảnh, chụp người cũng đã được thực
hiện. Không giống như ảnh 3D anaglyph, ảnh tích hợp autostereo có thể quan
sát trực tiếp mà không cần dụng cụ hay thiết bị hỗ trợ. Những phiên bản 3D này
mới đúng nghĩa là 3D theo định nghĩa ở trên và hiệu ứng 3D mới thể hiện trọn
vẹn và đem lại sự khác biệt thực sự.

1.2 Nguyên lý tạo hình ảnh 3D
Hình ảnh 3D có thể được tạo ra dựa trên nguyên lý cảm thụ thị giác của con
người [35, 36]. Do có 2 mắt, con người có hai điểm nhìn ở hai vị trí khác nhau
trong không gian thực. Hai hình ảnh khác nhau do mắt trái và mắt phải thu được
tạo nên các hiệu ứng đặc thù trong não bộ, bao gồm sự cạnh tranh (rivalry), sự
chênh lệch (disparity) và hợp thị (convergence) [29, 30]. Các phương pháp hiển
thị 2D thông thường chỉ cho ta cùng một hình ảnh trong mắt phải và mắt trái, vì
vậy không tạo nên các hiệu ứng nói trên.
Trước khi nghiên cứu cách chụp và hiển thị ảnh 3D SEM, chúng ta xem xét
lại những đặc tính của thị giác hai mắt, đó là sự cạnh tranh (rivalry), sự hợp thị
(convergence) và sự chênh lệch (disparity).

1.2.1 Sự cạnh tranh (rivalry)
Sự cạnh tranh lưỡng thị là một hiện tượng độc đáo của thị giác hai mắt. Đó

là khi hai mắt quan sát hai hình ảnh khác nhau, người quan sát lúc nhìn thấy
hình ảnh này, lúc nhìn thấy hình ảnh kia, một cách hỗn loạn. Tuy nhiên, hiện
tượng này lại làm cho thị giác hai mắt khác hẳn về chất với thị giác một mắt, nó
tạo nên vẻ đẹp và sự phong phú mà người nhìn một mắt không bao giờ hình
dung nổi. Ví dụ điển hình là khi ta nhìn một viên kim cương, vì các tia sáng cầu
vồng do khúc xạ ánh sáng của viên kim cương rơi vào mỗi mắt khác nhau, nên
người quan sát thấy viên kim cương lấp lánh. Tương tự như vậy khi ta nhìn một
chiếc đĩa CD dưới ánh sáng mặt trời, các tia sáng huyền ảo do hiện tượng cạnh
tranh lưỡng thị đem lại vẻ đẹp độc nhất vô nhị. Hình ảnh stereo và holo có thể
tái hiện được vẻ đẹp này, mà phim ảnh 2D không bao giờ thể hiện được.
Hình 1.1 minh họa về hiện tượng cạnh tranh của hai mắt. Dùng kỹ thuật
nhìn chéo (cross view) ta sẽ thấy hình ảnh nổi với 4 hình tròn biểu hiện 4 loại
thụ cảm thị giác khác nhau: A - cạnh tranh thuần khiết; B - hoà ảnh (fusion), đĩa
tròn sẽ nổi lên trên nền; C - xuyên thấu (transperancy), một đĩa tròn chìm sâu ra
sau nền (mắt trái ưu thế), một đĩa tròn nổi lên trên nền (mắt phải ưu thế); D -
trong suốt và cạnh tranh: một đĩa với các sọc chìm sau nền, một đĩa có các sọc
cạnh tranh (sâu bằng nền), biến mất và hiện ra liên tiếp.



Hình 1.1. Hình ảnh minh họa về hiện tượng cạnh tranh
(rivalry) của hai mắt. Dùng kỹ thuật nhìn chéo (cross view)
để quan sát hình ảnh nổi với 4 hình tròn biểu hiện 4 loại thụ
cảm thị giác khác nhau.

Hiện tượng này còn được áp dụng để tìm ra những khác biệt nhỏ giữa hai
bức ảnh, ví dụ như: ảnh hai bầu trời sao được so với nhau bằng cách cho mỗi
mắt nhìn một ảnh, mắt sẽ dễ dàng nhận ra sự khác biệt giữa hai bức ảnh nhờ vào
sự cạnh tranh lưỡng thị.

1.2.2 Hợp thị (convergence)
Hiện tượng hợp thị của mắt thường gắn chặt với thị sai hai mắt và sự cạnh
tranh hình ảnh, như vậy, rất khó có thể tách rời ra như một tín hiệu về độ sâu.
Người ta cho rằng khởi nguồn của tín hiệu độ sâu là từ các cơ điều khiển chuyển
động của mắt [29]. Hiện tượng hợp thị là kết quả của sự chồng hai hình ảnh, cho
ta cảm giác về chiều sâu (hình 1.2). Khi chồng hai hình ảnh ở khoảng cách nào
đó lên nhau, hình ảnh của những vật thể gần hơn hoặc xa hơn đều bị nhân đôi,
mỗi mắt một hình. Tuy nhiên tri giác của chúng ta lại thường bỏ qua điều đó,
cho nên ta không quan tâm đến hiện tượng hai hình và mất nét ngoài đối tượng
trung tâm.

Hình 1.2. Góc hợp thị của hai mắt khi quan sát. Góc hợp thị
nhỏ khi vật ở xa (a), góc hợp thị lớn khi vật ở gần (b).

1.2.3 Sự chênh lệch (disparity)
Thị sai lưỡng thị là cơ sở cho sự chênh lệch hình ảnh xảy ra trong hai võng
mạc của chúng ta, và sự chênh lệch đó lại là tín hiệu chiều sâu trong kỹ thuật
stereo, gây nên ấn tượng duy nhất và bất ngờ về không gian. Sự hiểu biết về kỹ
thuật stereo tiến bộ rất chậm và rất khó. Những phát minh quan trọng của
C.Wheastone còn quá mới so với những phát minh khác về thị giác. Mặc dù
những nhà khoa học khác đã quan sát sự liên hệ giữa thị sai, sự cạnh tranh hình
ảnh và cảm thụ stereo, nhưng chỉ khi C.Wheastone công bố phát minh của ông
vào năm 1938 [29, 30], cả ba đặc tính của thị giác hai mắt mới được giải thích
và liên hệ nhân quả với nhau.

1.2.4 Stereoscopy
Cho đến nay, khi nghiên cứu hình ảnh stereo, đa số mọi người cho rằng
hiện tượng cạnh tranh thị giác đem lại nhiều phẩm chất nhất và là bản chất của
hình ảnh stereo [19, 30]. Tất nhiên tín hiệu hợp thị và lấy nét cũng đóng vai trò
quan trọng khi giúp mắt ta tập trung vào đối tượng ở những khoảng cách khác

nhau, nhưng không đến mức làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến ý thức của chúng
ta trong việc tái tạo không gian như hiện tượng cạnh tranh thị giác.
Một mặt nữa của vấn đề này nằm trong hiện tượng cảm thụ, duy nhất với
3D, đó là sự tách biệt giữa mặt phẳng hội tụ và mặt phẳng hợp thị (hình 1.3).
Thực tế, khi quan sát bằng mắt thường các đối tượng trong không gian thực, hai
mặt phẳng này luôn trùng nhau, có nghĩa là hai mắt tự động hợp thị ở khoảng
cách mắt hội tụ. Trong hình ảnh stereo không thể tránh được sự phân chia này -
một yếu tố quan trọng đối với các hệ thống trình chiếu 3D. Khi quan sát ảnh 3D,
mắt chúng ta hội tụ trên màn ảnh, trong khi đó lại hợp thị ở khoảng cách từ vô
cực đến sát chúng ta. Sự khác biệt thái quá giữa khoảng cách hợp thị và tiêu cự
có thể làm mỏi mắt.
Trong việc hiển thị ảnh nổi, người quan sát chọn các đối tượng trên màn
ảnh, do đó nảy sinh ra một yêu cầu là toàn bộ các chi tiết từ gần đến xa đều phải
rõ nét. Điều này chỉ có thể thực hiện được khi khẩu độ (aperture) của ống kính
phải nhỏ, ánh sáng phải đầy đủ hơn so với chụp ảnh 2D thông thường [25].
Thị giác hai mắt được gọi là yếu tố sơ cấp cho định hướng trong không
gian, nó tồn tại trong đứa trẻ rất sớm và có thể gọi là bẩm sinh. Hầu hết các tín
hiệu khác của thị giác đều được coi là thứ cấp, theo nghĩa là phải học, hay suy
diễn từ các kinh nghiệm trước đó về các vật thể.


Hình 1.3. Quan hệ giữa khoảng cách hội tụ, khoảng cách hợp
thị và ấn tượng về độ sâu khi quan sát hình ảnh 3D.

Ngoài ra, thị giác hai mắt còn phải hiểu là sự cảm thụ tương đối về chiều
sâu, hơn là tuyệt đối về khoảng cách. Mắt của chúng ta hoạt động không giống
như bộ máy dùng để đo khoảng cách. Thị giác hai mắt so sánh độ sâu thông qua
sự khác biệt của góc hợp thị, vì vậy vật thể ở gần sẽ cho ta cảm giác độ sâu lớn
hơn.
Một vấn đề nữa cần phải hiểu khi có sự xung đột giữa tín hiệu mono và tín

hiệu stereo, ví dụ như khi ta có hai ảnh trái và phải chụp mặt người, nếu ta đảo
ảnh sao cho mắt trái nhìn thấy ảnh phải, mắt phải nhìn thấy ảnh trái - lẽ ra ta
phải thấy mặt người lõm vào như cái khuôn đúc tượng, nhưng kết quả lại không
như vậy. Tín hiệu mono đã chiếm ưu thế và xoá mất cảm nhận về hình mặt
người lõm. Một quy tắc cần được nhớ rằng, với các hình dạng càng quen thuộc,
tín hiệu mono càng dễ xoá tín hiệu chiều sâu của stereo nếu như có sự xung đột
trong tri giác cuối cùng về chiều sâu.

1.3 Kết luận
Quan hệ giữa tri giác về không gian và việc vẽ lại không gian đã có một
lịch sử lâu dài và phức tạp. Nó bao hàm việc đối thoại không ngừng giữa các
nghệ sỹ và các triết gia; tương tác giữa lý thuyết và thực nghiệm; và sự phụ
thuộc cộng sinh vào công cụ thị giác, một mắt và hai mắt, đã tiến hoá hàng thế
kỷ. Một số phương tiện thị giác như hội hoạ, điêu khắc, nhiếp ảnh, ảnh stereo và
ảnh holo đã được phát triển, mỗi loại có một tiềm năng và hạn chế riêng [5]. Sự
phát triển của chúng đầu tiên dựa trên vấn đề vẽ chân dung không gian, và sau
này, chỉ có stereoscopy và holoscopy mới có thể giải quyết được vấn đề thẩm
mỹ và triết học mà các nhà phê bình và nghệ sỹ đưa ra [18, 26]. Rõ ràng, để biểu
diễn không gian, hình ảnh lưỡng thị là một bậc thang logic tiếp theo trong sự
tiến hoá của phương tiện hiển thị. Nó không chỉ là công cụ sáng tác của các nghệ
sỹ mà còn là công cụ nghiên cứu của các nhà nghiên cứu khoa học. Tuy nhiên,
khả năng ứng dụng của nó hiện nay mới chỉ đang ở mức độ sơ khai.

CHƢƠNG 2

NGHIÊN CỨU CHỤP VÀ HIỂN THỊ ẢNH 3D TRÊN KÍNH
HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT (SEM)

Việc ghi lại ảnh SEM theo phương pháp 3D chủ yếu vẫn dựa trên cơ sở ghi
ảnh SEM truyền thống. Tuy nhiên, cách hiển thị 3D hoàn toàn khác cách hiển
thị 2D thông thường, vì thế mà việc chụp ảnh 3D SEM luôn đòi hỏi khắt khe
hơn về chất lượng, độ tương phản, độ phân giải hay độ sâu trường nhìn, Để có
được ảnh nguồn với chất lượng tối ưu, hiểu biết đầy đủ về các thông số của thiết
bị chụp SEM và các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tạo ảnh cũng như chất lượng
ảnh là rất cần thiết, từ đó ta có thể thay đổi các thông số này một cách hợp lí,
nhằm tìm ra sự cân bằng tối ưu giữa các thông số [11, 19]. Các thông số quan
trọng của hệ SEM mà ta cần quan tâm như: tương tác giữa chùm điện tử với
mẫu (electron beam - specimen interaction), kích thước nguồn phát xạ điện tử sơ
cấp (source diameter), cường độ dòng thấu kính hội tụ (condenser lens current),

khoảng cách làm việc (working distance), điện thế gia tốc (accelerating voltage),
độ sâu hội tụ (depth of focus) hay hiện tượng stigmatism, hiện tượng cầu sai
(spherical abrration), sắc sai (chromatic aberration) của thấu kính điện từ,…
Trong phần này luận văn sẽ tập trung tìm hiểu nguyên lí tạo ảnh hiển vi điện tử
và một số yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng ảnh cũng như quá trình tạo ảnh trên
thiết bị chụp SEM.

2.1 Nguồn phát xạ điện tử
Trong kính hiển vi điện tử, súng điện tử có vai trò tạo ra chùm điện tử có
kích thước hẹp, mật độ dòng lớn và ổn định. Chất lượng của chùm điện tử có
ảnh hưởng trực tiếp tới việc tạo ảnh cũng như chất lượng của ảnh điện tử. Tùy
theo cơ chế phát xạ mà có thể chia ra hai loại nguồn phát xạ: phát xạ nhiệt và
phát xạ trường, sự khác nhau giữa hai kiểu nguồn phát xạ này là sự khác biệt
chủ yếu giữa SEM và FESEM.

2.1.1 Phát xạ nhiệt điện tử
Trong các súng điện tử sử dụng cơ chế phát xạ nhiệt, dây tóc (filament) hay
còn gọi là cathode thường được làm bằng các vật liệu có khả năng chịu nhiệt cao
và có hệ số phát xạ điện tử lớn, được đặt trong chân không và sử dụng dòng điện
để đốt nóng dây tóc. Có hai loại vật liệu thông dụng nhất dùng làm dây tóc là
Volfram và Lanthanun Hexaboride (LaB
6
). Khi nhiệt độ đủ cao, các điện tử có
đủ năng lượng để vượt qua hàng rào công thoát của vật liệu dùng làm dây tóc và
thoát ra ngoài chân không. Mật độ chùm điện tử phát ra sẽ tuân theo định luật
Richardson:
J = A.T
2
.exp(-


/k
B
T) (2.1)
trong đó A, k
B
, T lần lượt là hằng số Richardson, hằng số Boltzmann và nhiệt độ
làm việc của cathode,

là công thoát điện tử tại bề mặt vật liệu dùng làm
cathode hay năng lượng cần thiết để điện tử thoát khỏi cathode đi vào chân
không (

W
= 4,5 eV,

LaB6
= 2,5 eV).
Nguồn phát xạ nhiệt có ưu điểm là rẻ tiền, không đòi hỏi điều kiện chân
không cao. Tuy nhiên, nguồn phát xạ nhiệt có mật độ dòng điện tử không cao,
độ sáng tương đối thấp, chùm điện tử không thể hội tụ quá nhỏ. Hơn nữa, do
làm việc ở nhiệt độ cao, trong quá trình sử dụng có sự bốc hơi của vật liệu
cathode dẫn tới giảm tuổi thọ. Ngoài ra, sự phát xạ phụ thuộc mạnh vào nhiệt
độ, sự thăng giáng nhiệt làm tăng độ phân tán năng lượng của các điện tử.


Hình 2.1. Cơ chế phát xạ nhiệt sử dụng trong súng tia cathode.

2.1.2 Phát xạ trƣờng (field emission)
Phát xạ trường hay còn được gọi là phát xạ trường cathode nguội, không
dùng dòng điện để đốt nóng dây tóc, phương pháp này khắc phục được các

nhược điểm của phát xạ nhiệt. Phát xạ trường dựa trên cơ sở hiệu ứng xuyên
hầm của các điện tử. Súng phát xạ trường thường là một dây Volfram được vuốt
nhọn một đầu, mũi nhọn có bán kính khoảng 100 nm. Sự phát xạ điện tử đạt
được trong điều kiện chân không siêu cao khi đặt vào cathode một điện thế cao.
Điện trường tập trung rất lớn tại đầu nhọn, lớn hơn nhiều so với công thoát của
vật liệu cathode, các điện tử có thể xuyên hầm qua hàng rào công thoát rời khỏi
cathode và đi vào chân không. Mật độ dòng phát xạ tuân theo định luật Fowler-
Nordheim:
J = (k
1
E
2
/Φ)exp((-k
2
Φ
2/3
)/E) (2.2)
trong đó k
1
, k
2
là các hằng số,

là công thoát của điện tử tại bề mặt vật liệu làm
cathode, E là điện trường đặt lên cathode.
Nguồn phát xạ trường có mật độ dòng điện tử phát ra rất lớn (cỡ 1000 lần
so với nguồn phát xạ nhiệt Volfram thông thường, cỡ vài trăm lần so với nguồn
phát xạ nhiệt dùng LaB
6
), diện tích phát xạ nhỏ, có tính kết hợp và định hướng

cao, có thể hội tụ thành chùm điện tử có kích thước rất nhỏ. Nguồn phát xạ
trường hoạt động ở nhiệt độ không cao, do đó tuổi thọ rất cao, điện tử ít bị thăng
giáng nhiệt hơn, nhờ vậy độ phân tán năng lượng cũng thấp hơn (điều này rất
quan trọng khi tính đến hiện tượng sắc sai trong hệ kính hiển vi điện tử). Tuy
nhiên, yêu cầu đầu tiên để có thể tạo ra hiệu ứng phát xạ trường là bề mặt của
đầu phát xạ phải sạch và không bị ôxi hoá, do đó bắt buộc phải được đặt trong
chân không siêu cao cỡ 10
-10
Torr, một lớp bẩn có thể làm hư hỏng bề mặt
cathode nên cần được làm sạch định kỳ. Hơn nữa, công nghệ chế tạo phức tạp,
giá thành còn khá cao so với nguồn phát xạ nhiệt.



Hình 2.2. Cơ chế phát xạ trường và sự hình thành nguồn phát
xạ ảo trong súng phát xạ trường (FEG).

Hình 2.2 mô tả cấu trúc của súng phát xạ trường và sự hình thành nguồn
phát xạ ảo trong súng phát xạ trường (FEG). Kính hiển vi điện tử quét FE-SEM
sử dụng súng phát xạ trường cathode nguội cho phân giải không gian nhỏ hơn 2
nm, tốt hơn 3 – 6 lần SEM, ảnh cuối cũng rõ nét hơn, ít bị méo hơn.
Bảng dưới đây so sánh các tính chất của hai loại nguồn phát xạ điện tử là
phát xạ nhiệt và phát xạ trường tại điện thế gia tốc 20 kV [49].

Kiểu súng
Phát xạ nhiệt
Phát xạ trường
Đầu phát xạ
Dây tóc W
LaB

6

Cathode W
nguội
Cathode ZrO/W
hiệu ứng
Schottky
Nhiệt độ hoạt động (K)
2800
1900
300
1800
Đường kính cathode
(µm)
100
20
<0,1
<1
Đường kính nguồn điện
tử
30 (µm)
10 (µm)
5 (nm)
*
30 (nm)
*

Mật độ dòng tại đầu phát
(A/cm
2

)
3
30
2x10
4

5x10
3

Tổng dòng phát xạ (μA)
200
80
5
200
Độ sáng β @ 20 kV
(A/cm
2
sr)
10
4
10
5
10
8
10
7
Dòng chùm điện tử cực
đại (nA)
1000
1000

0,5
30
Phân tán năng lượng tại
đầu phát (eV)
0,6
0,4
0,3
0,3
Phân tán năng lượng tại
trục của súng (eV)
1,5 – 2,5
1,3 – 2,5
0,3 – 0,7
0,4 – 0,7
Nhiễu dòng đầu dò (%)
1
1
5 - 10
1
Trôi dòng đầu dò (%/h)
<1
<1
>5
<1
Áp suất hoạt động (mbar)
<10
-5
<10
-6
<10

-10
<10
-9
Tuổi thọ đầu phát xạ (h)
10 - 100
1000
2000
2000
*
giao điểm ảo (vitual cross-over).
Bảng 2.1. So sánh các tính chất giữa hai loại nguồn phát xạ điện
tử là phát xạ nhiệt và phát xạ trường tại điện thế gia tốc 20 kV.

2.2 Tƣơng tác giữa điện tử với chất rắn
Khi một chùm điện tử hội tụ có năng lượng cao chiếu tới bề mặt một mẫu
chất rắn, các điện tử này sẽ xuyên vào trong mẫu và tán xạ trong thể tích giới
hạn được gọi là thể tích tương tác. Quá trình tương tác giữa các điện tử với mẫu
(electron beam - specimen interaction) làm phát ra các bức xạ thứ cấp (hình 2.3).
Mỗi loại tín hiệu thứ cấp phát ra từ mẫu đều mang thông tin về mẫu, phản ánh
một tính chất nào đó tại vị trí chùm tia điện tử chiếu tới. Các bức xạ thứ cấp chủ
yếu gồm:
 Điện tử thứ cấp (secondary electron)
 Điện tử tán xạ ngược (backscattered electron)
 Huỳnh quang cathode (cathodoluminesence)
 Tia X đặc trưng (characteristic X-ray)
 Điện tử Auger (auger electron).

Hình 2.3. Tương tác giữa chùm điện tử mang năng lượng cao với chất rắn.

2.3 Sự tạo ảnh điện tử thứ cấp

Ảnh SEM không phải là ảnh quang học, bản chất của ảnh SEM là ảnh điện
tử thứ cấp (secondary electron image). Việc ghi lại ảnh thông qua việc ghi lại tín
hiệu điện tử thứ cấp phát ra do chùm điện tử hội tụ quét trên bề mặt mẫu. Độ
trung thực của ảnh SEM phụ thuộc chủ yếu vào cơ chế phát sinh của điện tử thứ
cấp. Ảnh SEM được ghi lại dưới dạng kỹ thuật số, thể hiện các chi tiết theo
thang độ xám [3, 11].

2.3.1 Điện tử thứ cấp
Điện tử thứ cấp (secondary electron) được sinh ra bởi tương tác không đàn
hồi giữa các điện tử có năng lượng cao với các điện tử dẫn liên kết yếu trong các
nguyên tử kim loại, hoặc các điện tử hóa trị của các nguyên tử trong mẫu bán
dẫn hay điện môi [11]. Các điện tử thoát ra có động năng nhỏ hơn 50 eV. Đồ thị
phân bố năng lượng của điện tử thứ cấp được thể hiện trên hình 2.4. Có tới 90%
số điện tử thứ cấp có năng lượng nhỏ hơn 10 eV, chủ yếu nằm trong khoảng 2 –
5 eV.

Hình 2.4. Phân bố năng lượng của điện tử thứ cấp.

Tỷ số giữa số điện tử thứ cấp và số điện tử tới được gọi hiệu suất phát xạ
điện tử thứ cấp (secondary - electron emission yield) δ = N
se
/N
beam
.

Hình 2.5. Hiệu suất phát xạ điện tử thứ cấp và điện tử tán xạ ngược
phụ thuộc vào số nguyên tử Z của mẫu. Chùm điện tử tới vuông góc
với bề mặt mẫu tại điện thế gia tốc V
0
= 30 kV.

Hình 2.5 biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất phát xạ điện tử thứ cấp và
điện tử tán xạ ngược vào số nguyên tử Z, không giống như trường hợp các điện
tử tán xạ ngược, giá trị của δ hầu như không phụ thuộc vào số nguyên tử Z của
các nguyên tử tán xạ. Đối với các mẫu là carbon δ ≈ 0,5; mẫu vàng δ ≈ 2,0; các
nguyên tố thông thường khác hầu hết đều có δ ≈ 0,1.
Do có năng lượng thấp, chỉ có các điện tử thứ cấp gần bề mặt mới có khả
năng thoát ra khỏi mẫu, các điện tử được sinh ra ở độ sâu lớn hơn trong thể tích
tương tác bị hấp thụ bởi mẫu. Tại một độ sâu nào đó, số điện tử thứ cấp sẽ thoát
ra nhiều nhất, độ sâu đó được gọi là độ sâu thoát cực đại ε, đối với các mẫu kim
loại ε = 5 nm; với chất điện môi ε = 50 nm, với hầu hết các nguyên tố khác ε có
giá trị từ 2 - 5 nm.
Có 3 loại điện tử thứ cấp được sinh ra bởi 3 cơ chế khác nhau:
 Điện tử thứ cấp SE
I
được sinh ra bởi tương tác giữa các điện tử từ chùm
điện tử tới với các nguyên tử bên trong mẫu.
 Điện tử thứ cấp SE
II
được sinh ra bởi tương tác của các điện tử tán xạ
ngược có năng lượng cao với các nguyên tử bên trong mẫu.
 Điện tử thứ cấp SE
III
được sinh ra bởi các điện tử tán xạ ngược mang năng
lượng cao đập vào các đầu cực từ và các vật rắn khác đặt gần mẫu.

Điện thế dương khoảng 250 V được đặt vào lồng Faraday trên detector sẽ
gom tất cả các điện tử thứ cấp được sinh ra từ mẫu và từ các vùng lân cận khác,
bao gồm các điện tử SE
I

, SE
II
và SE
III
. Trong đó chỉ có các điện tử SE
I
mới phản
ánh bề mặt mẫu, các điện tử SE
II
, SE
III
được sinh ra bởi các điện tử tán xạ ngược
cũng tham gia vào quá trình tạo ảnh nhưng chúng không phản ánh tính chất bề
mặt của mẫu mà chỉ gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng ảnh. Có thể coi các điện
tử thứ cấp loại này như một nguồn nhiễu.



Hình 2.6. Cơ chế phát sinh điện tử thứ cấp. Các điện tử SE
I
, SE
II

và SE
III
đều tham gia vào quá trình tạo ảnh, nhưng chỉ có điện tử
SE
I
mới tạo ảnh bề mặt mẫu.