第二篇扫描电子显微分析精要.ppt

College of MSE, CQU * 10.4 表面形貌衬度原理及其应用 二次电子像是利用电子束在试样表面逐点扫描时探测到的二次电子的发射强度形成的图像。由于二次电子的发射强度主要取决于试样表面的倾斜、起伏状况，因此，二次电子像反映的是试样的表面形貌，一般称为形貌像。 二次电子成像原理 College of MSE, CQU * 二次电子只能从样品表面层5~10 nm深度范围内被入射电子束激发出来，大于10 nm时，虽然入射电子也能使核外电于脱离原子面变成自由电子，但因其能量较低以及平均自由程较短，不能逸出样品表面，最终只能被样品吸收。 College of MSE, CQU * 二次电子发射强度与入射角的关系 被入射电子束激发出来的二次电子数量和原子序数没有明显的关系，但对微区表面的几何形状十分敏感。入射电子束与试样表面法线间夹角愈大，二次电子产额愈大。 College of MSE, CQU * 形貌衬度原理 二次电子形貌衬度来源于样品中各区域与入射电子束夹角的差别。 样品中B区域的倾斜度最小，二次电子产额最少，亮度最低； 反之，C区域倾斜度最大，亮度也最大。 二次电子形貌衬度原理 College of MSE, CQU * 实际样品可以被看作是由许多位向不同的小平面组成的。入射电子束的方向是固定的，但由于试样表面凹凸不平，因此它对试样表面不同处的入射角也是不同的。因而在荧光屏上反映出不同的衬度。 实际样品中二次电子的激发过程示意图 突出的尖棱、小粒子、比较陡的斜面处的图像亮度较大； 平面的亮度较低； 深的凹槽底部虽然能产生较多的二次电子，但不易被检测器收集到，因此槽底的衬度较暗。 College of MSE, CQU * 分辨率高 用不同信号形成的各种扫描电镜图像中，二次电子像的分辨率是最高的，这是因为二次电子发射范围小，其发射面积与电子束斑的大小相当。 二次电子成像的特点 景深大，立体感强 特别适用于粗糙表面和断口形貌的观察研究。 College of MSE, CQU * 无明显的阴影效应 在电子收集器的栅网上加上+250V的偏压，可以使低能二次电子走弯曲轨道到达电子收集器，这不仅增大了有效收集立体角，提高了二次电子信号强度，而且使得背向收集器的那些区域产生的二次电子，仍有相当一部分可以通过弯曲的轨道到达收集器，有利于显示背向收集器的样品区域细节，而不致于形成阴影。 加偏压前后的二次电子收集情况 (a)加偏压前(b)加偏压后 College of MSE, CQU * 基于二次电子像（表面形貌衬度）的分辨率比较高且不易形成阴影等诸多优点，使其成为扫描电镜应用最广的一种方式，尤其在失效工件的断口检测、磨损表面观察以及各种材料形貌特征观察上，已成为目前最方便、最有效的手段。 二次电子形貌衬度的应用 College of MSE, CQU * 粉体的形貌观察 College of MSE, CQU * 样品表面形貌观察 College of MSE, CQU * 断口形貌观察 沿晶断口 解理断口 韧窝断口 显微增强复合材料断口 College of MSE, CQU * 10.5 原子序数衬度原理及其应用 背散射电子衬度原理及其应用 背散射电子信号既可用来进行形貌分析，也可用于成分分析。但它对表面形貌的变化不那么敏感，背散射电子像分辨率不如二次电子像高，有效收集立体角小，信号强度低，尤其是背向收集器的那些区域产生的背散射电子不能到达收集器，在图像上形成阴影，掩盖了那里的细节。 College of MSE, CQU * 二次电子和背散射电子的进入检测器前的运动路线 College of MSE, CQU * 虽然背散射电子也能进行形貌分析，但是它的分析效果远不及二次电子。因此，在做无特殊要求的形貌分析时，都不用背散射电子信号成像。 College of MSE, CQU * 背散射电子原子序数衬度原理 在原子序数Z小于40的范围内，背散射电子的产额对原子序数十分敏感。 背散射系数 背散射电子产额与原子序数之间的关系曲线 College of MSE, CQU * 在进行分析时，样品上原子序数较高的区域中由于收集到的背散射电子数量较多，故荧光屏上的图像较亮。 因此，利用原子序数造成的衬度变化可以对材料进行定性的成分分析。样品中重元素区域相对于图像上是亮区，而轻元素区域则为暗区。 用背散射电子进行成分分析时，为了避免形貌衬度对原子序数衬度的干扰，被分析的样品只进行抛光，而不必腐蚀。 College of MSE, CQU * 对有些既要进行形貌分析，又要进行成分分析的样品，可以采用一对检测器收集样品同一部位的背