第5-电子与物质的相互作用汇总.ppt

材料电子显微分析 武汉科技大学 第3章 电子与物质的相互作用 弹性散射 1、原子核的散射 — 弹性散射 弹性散射：仅改变方向，不改变能量。 2、核外电子的散射 — 非弹性散射 非弹性散射：即改变方向、又改变能量。 结 论： 1) 、弹性散射非弹性散射； 2)、弹性散射是TEM成像的基础； 3)、非弹性散射引起色差和背底强度，降低图像衬度。 3.2.1 二次电子 入射电子激发样品中原子的外层价电子，使之成为自由电子，并勉出样品表面。 特点：对试样表面状态非常敏感 试样表面形貌分析，成象分辨率最高 逸出深度：试样表面10nm层内（50eV） 二次电子产额与样品表面形貌凸凹不平敏感，与原子序数（Z）无关，所以不能做成分分析。 (２).二次电子衬度原理 (２).二次电子衬度原理 (２).二次电子衬度原理 3.2.2 背散射电子 特点：能量高 （50eV，多与入射电子能量相近：E0） 数目与成分有关，成像分辨率较低 （可从试样表面较深处射出，故发射广度较大） 逸出深度：距表面几个微米深度范围 二次电子和背散射电子的产额与试样原子序数的关系 1）背散射电子形貌衬度特点 用背散射信号进行形貌分析时，其分辨率远比二次电子低。Why? 2）背散射电子原子序数衬度原理 　 背散射电子产额随样品中元素原子序数的增大而增加，因而样品上原子序数较高的区域产生较强的信号，在背散射电子像上显示较高的衬度．这样就可以根据背散射电子像亮暗衬度来判断相应区域原子序数的相对高低，对金属及其合金进行定性的成分分析。 　 3.2.3 特征X射线 3.2.3 特征X射线 定义： 当样品原子的内层电子被入射电子激发或电离时，原子就会处于能量较高的激发状态，外层电子向内层跃迁填补内层空缺，多于的能量以特征X射线辐射出来。 由于不同原子具有不同的内部结构，电子轨道之间的能量差不同，所以辐射出的X-Ray光子的波长不同 — 称为 特征X-Ray。 应用 3.2.4 俄歇电子 3.2.4 俄歇电子 处于电离态的原子中的电子发生能级跃迁（退激）时，所释放的能量使另一核外电子被电离，并勉出样品，此电子即为俄歇电子。 3.2.5 透射电子 入射电子经弹性散射和非弹性散射后，穿过样品并携带有样品的内部信息。 3.2.6 吸收电子 入射电子经多次非弹性散射后能量损失殆尽而留在试样中，称为吸收电子。 3.2.7 阴极荧光 电子轰击样品表面时产生的发光现象，光波波长在可见光范围 。 各种电子信号的能量与数目（强度） 各种信号产生的深度和广度 透射电子： TEM、能量损失谱仪 — 结构、组织、成分分析； 背散射电子、二次电子、吸收电子： SEM – 表面形貌观察； 特征X-Ray：能量色散谱仪（EDS）、波长分析谱仪（WDS） — 成分分析； 阴极荧光：荧光光谱仪 — 成分分析； 俄歇电子：俄歇谱仪 — 表面成分分析。 作 业 1、电子束入射固体样品表面会激发哪些信号？它们有哪些特点和用途？ 2、二次电子像和背散射电子像在显示表面形貌衬度时有何相同与不同之处？ 晶界成分分析 特点：能量高；成象分辨率较高。 穿透深度： 10－20nm。 透射电镜中成像和衍射的基本信号。 特点：由吸收电子产生的吸收电流随试样厚度和 原子序数的增大而增大。 （其图象衬度恰与背反射电子图象的相反） 在试样表面上方接受到的电子谱 小结：各种信号的用途 * * 材料电子显微分析 材料电子显微分析 3.1 几种基本信号及其应用 Transmission Electrons 弹性散射 非弹性散射 电子的散射 3.2 电子与物质的相互作用 原子对入射电子的散射不仅改变电子的运动方向，而且使其能量减少。则为非弹性散射。 原子对入射电子的散射仅改变电子 的运动方向，而无能量的变化。 称为弹性散射。 非弹性散射 单个原子对λ射电子的散射 意 义：弹性散射是电子衍射谱和电子 衍射像的基础 rn：瞄准距离；?：散射角； Ze：原子核电荷；U：加速电压 意 义：电子在非弹性散射中损失的能量 被转换成热、光、X射线、二次电子发射等， 电子的非弹性散射是扫描电镜像、 能谱分析、电子能量损失谱的基础 二次电子的产额 (θ为入射电子束与试样表面法线的 夹角) 　 入射电子受弹性碰撞后，散射角90