電子束與樣品作用時產(chǎn)生的信號

1、1第五章 掃描電子顯微鏡 概述 電子束與樣品作用時產(chǎn)生的信號 掃描電子顯微鏡的構(gòu)造和工作原理 掃描電子顯微鏡的主要性能 表面形貌襯度及其應用 原子序數(shù)襯度原理及其應用2掃描電子顯微鏡外觀圖3概述 掃描電子顯微鏡的成像原理和透射電子顯微鏡完全不同。它不用電磁透鏡放大成像，而是以類似電視攝影顯像的方式，利用細聚焦電子束在樣品表面掃描時激發(fā)出來的各種物理信號來調(diào)制成像的。 掃描電子顯微鏡的二次電子像的分辨率為3-4nm，放大倍數(shù)可從數(shù)倍原位放大到20萬倍左右。 掃描電子顯微鏡的的景深很大，可以用它進行顯微斷口分析。 用掃描電子顯微鏡的觀察斷口時，樣品不必復制，可直接進行觀察。 掃描電子顯微鏡可以和其

2、它分析儀器組合，能在同一臺儀器上進行形貌、微區(qū)成分和晶體結(jié)構(gòu)等多種微觀組織結(jié)構(gòu)信息的同步分析。 4電子束與樣品作用時產(chǎn)生的信號 樣品在電子束的轟擊下會產(chǎn)生各種信號： 背散射電子 二次電子 吸收電子 透射電子 特征X射線 俄歇電子 其它5電子束在試樣中散射示意圖6背散射電子 是入射電子在試樣中受原子核盧瑟福散射而形成的大角度散射電子。能量損失很小，其能量值接近入射電子能量，可達數(shù)千到數(shù)萬電子伏。 背散射電子來自樣品表層幾百納米的深度范圍，由于入射電子進入試樣較深，入射電子束已被散射開，因此電子束斑直徑比二次電子的束斑直徑要大，故背散射電子成像分辨率較低，一般在50-200nm。 背散射電子的強度

3、與試樣的原子序數(shù)由密切關(guān)系。背散射電子的產(chǎn)額隨原子序數(shù)的增加而增加。 背散射電子的成像襯度主要與試樣的原子序數(shù)有關(guān)，與表面形貌也有一定的關(guān)系。因此既可用作形貌分析，也可用來顯示原子序數(shù)襯度，定性地用作成分分析。 7二次電子 是從表面5-10 nm層內(nèi)發(fā)射出來的，能量0-50電子伏。 二次電子對試樣表面狀態(tài)非常敏感，能非常有效地顯示試樣表面的微觀形貌。 二次電子的空間分辨率較高， 一般可達5-10 nm。 二次電子的產(chǎn)額隨原子序數(shù) 的變化不如背散射電子那么 明顯。如圖示。8吸收電子 入射電子中一部分與試樣作用后能量損失殆盡，不能再逸出表面，這部分就是吸收電子。若在樣品和地之間接入一個高靈敏度的電

4、流表，就可以測得樣品對地的信號，這個信號是由吸收電子提供的，它所成的圖像就是樣品的電流像。 假定入射電子電流強度為i0，背散射電子流強度為ib，二次電子流強度為is，則吸收電子產(chǎn)生的電流強度為ia= i0-（ib+is）?？梢?，若逸出表面的背散射電子和二次電子數(shù)量越少，則吸收電子信號強度越大。其襯度恰好和背散射電子或二次電子信號調(diào)制的圖像襯度相反。 吸收電子能產(chǎn)生原子序數(shù)襯度，可以用來進行定性的微區(qū)成分分析。9透射電子 這里所指的透射電子是采用掃描透射操作方式對薄樣品成像和微區(qū)成分分析時形成的透射電子。這種透射電子是由直徑很?。?0nm）的高能電子束照射薄樣品時產(chǎn)生的，因此，透射電子信號是由微

5、區(qū)的厚度、成分和晶體結(jié)構(gòu)決定的。 配合電子能量分析器可進行微區(qū)成分分析。 10特征X射線 當樣品原子的內(nèi)層電子被入射電子激發(fā)或電離時，原子就會處于能量較高的激發(fā)狀態(tài)，此時外層電子將向內(nèi)層躍遷以填補內(nèi)層電子空缺，從而使具有特征能量的X射線釋放出來。 根據(jù)莫塞萊定律，=1/（z-）2，可進行成分分析。 X射線一般在試樣的 500nm-5m范圍內(nèi) 發(fā)出。 11俄歇電子 在入射電子激發(fā)樣品的特征X射線過程中，如果釋放出來的能量并不以X射線的形式發(fā)射出去，而是用這部分能量把空位層內(nèi)的另一個電子發(fā)射出去，這個被電離出來的電子稱為俄歇電子。 俄歇電子的能量很低，一般為50-1500eV 。 只有在距離表層1nm左右范圍內(nèi)（即幾個原子層厚度）逸