毛刺是影响扫描电镜（即SEM还有STEM）图像质量最常见的现象。毛刺产生的原因是什么？毛刺大致有哪几类？本文对此深入讨论一下。

  毛刺是影响扫描电镜（即SEM还有STEM）图像质量最常见的现象。毛刺产生的原因是什么？毛刺大致有哪几类？如果不加区分混为一谈，如果分不清毛刺成因，把磁场引起的毛刺和振动及其它原因产生的毛刺混为一谈，那就往往南辕北辙，不能处理问题。本文对此深入讨论一下。

  判断图像毛刺成因时，首先要排除电镜自身的原因。电镜某些板卡的金手指使用日久氧化接触不良，特别是如果接地端锈蚀或者接地线断开，就可能会产生毛刺。曾经见过某款电镜板卡地线断开的图像，毛刺长的吓人（长径比有大几十）。信号端头的金手指接触不良所产生的毛刺则又是一种，不是长的吓人那种，而是短短的、粗细不等、长短不匀的。如果是老电镜，或者电镜室旁边的环境不好（如海边、化工气体氛围、潮湿等等），还经常卡顿死机，可以将怀疑的板卡拔出，并对金手指和插座均匀喷洒电子仪器清洗剂，这样或许能一次性解决卡顿、死机以及毛刺等故障。

  许多人观察毛刺使用金颗粒标样，这个选择我们不赞成。因为金颗粒每个颗粒的边界和高度都有一定的差异，显示信息的一致性不好，往往会干扰判断。建议使用锡球标样，因为理想球体外轮廓各处的投影边都是等高的，这样就排除了因高度不同而产生的毛刺大小、衬度、清晰度等观察偏差的各种干扰，使我们大家可以更清晰地判别毛刺现象。注意是观察锡球的近似垂直边哦！

  -6g（在50～500赫兹频段，人类的感觉阈值在0.01m/s2，也就是大约10-3g以上），所以对于低频微震，很难得到直观的感性认识。注意这些，对我们分析毛刺成因很有帮助。

  现在我们归纳一下,毛刺大致有五种原因：一. 50赫兹工频（参见图一），特点是毛刺规整近乎三角形，空间传布。二. 150赫兹及以上的工频奇次谐波，特点是毛刺细长且不规则，往往从公共地线传导。原因是没有设置独立地线或者接法错误，独立地线失效。三.振动，地面传导，特点是毛刺短而宽，且不均匀，和工作距离基本没关系。四.噪声，空间传导，特点是毛刺长短、疏密、间距等很不规则，五.电源线赫兹及以上的工频奇次谐波干扰，特点是毛刺细长且不规则，仔仔细细地观察还有大量特细毛刺。

  现象及推论：虽然50Hz基波不超标，但是三次谐波波峰与基波接近，七次谐波高于五次谐波，且三次波接近基波，七次波高于五次波，且50Hz正弦波波形严重畸变散乱，正弦基波及三、五次各波形频率附近都有临近频率干扰，总谐波系数可达8～12%（国家标准不应大于4%）。这时一般就会认为磁场合格而忽略了高次谐波，这样的一种情况如果图像有细毛刺，往往因为“磁场合格”而产生误判。

  外部环境产生毛刺的途径大致有五种：交流（AC）磁场、振动、噪声、电源和地线。从SEM和STEM图像来看，毛刺大致也可大致分为五类：50HzAC杂散磁场产生的粗毛刺（长径比在1:1左右、类似锯齿的三角形）、细毛刺（长径比约在3:1左右）、细长毛刺（长径比大于三）、振动产生的不均匀粗毛刺（类似锯齿形，但齿形更粗且不清晰、不齐整），还有一类是混合毛刺。

  许多电镜对于直流（DC）磁场也有要求，怎么把DC磁场撇开了呢？难道DC磁场干扰不影响毛刺大小吗？没错儿，DC磁场不产生毛刺。我们一定要明确，一个恒定的直流磁场，会使全部电子束同时偏转同一角度，相当于我们斜着眼睛看人，虽然不太礼貌，不过对于成像却是毫无影响。其次，把near DC磁场翻译为“直流磁场” 是非常不严谨的。众所周知，直流磁场的时域图像是一条水平直线(其它号称“直流”的物理量也是同样)。而near DC磁场的时域图像却不是一条直线，其上下波动变化，周期可以长达数十秒且不稳定、不规律。这样的磁场（水平分量）使图像飘动（参见图十二和图十三）、其垂直分量影响聚焦和像散，但是一般不产生毛刺。然而有一种near DC磁场略有不同，我们叫做阶跃型，它的上升沿和下降沿都非常陡峭（毫秒级），阶跃幅度可达数毫高斯到十几毫高斯。在其上升和下降的瞬间，也可能会产生毛刺，好在这种情况尚不多见。动态观察图像时有时出现莫名干扰，其原因可能就在这里。关于near DC磁场的成因我们将另文讨论。

  毛刺的大小、形状还受放大倍率和扫描速度及扫描模式的影响，仅通过静态图像得到精准判定的确是有相当难度。在没有专用仪器测试的情况下，通常能通过动态观察，如改变工作距离，改变电镜成像参数设置（加速电压、像素、扫描速度、扫描模式、束流、变换探测器等）来辅助判断，这样做才能够大大提高图片判读的准确性。电镜是一种操作性最强、人工干预最多的实验仪器。对于不同的样品，一般都有不同的参数设置组合。反正电镜的操作原则就是，不管用什么方法和参数设置，“逮住老鼠就是好猫”。精准分析毛刺成因，进而采取正确的应对措施，才能最大限度发挥出电镜应有的能力。

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