第八章扫描电子显微镜.ppt

8.4 原子序数衬度原理及应用 8.4 原子序数衬度原理及应用 原子序数衬度——由于样品表面物质原子序数或化学成分差异而形成的衬度。利用对样品表面原子序数变化敏感的物理信号作为显像管的调制信号，可以得到原子序数衬度像，如BSE像、吸收电子像和特征X射线像。 以BSE为例说明原子序数衬度形成的原理。SEM图像的衬度是一种信号衬度，定义如下： 式中：C—信号强度；i1、i2—样品表面上任意两点检测的信号强度。 原子序数衬度原理及应用 若样品表面由单一元素构成，电子束在扫描时各点产生的信号强度一致，即i1＝i2 ，则C=0，不存在衬度。 原子序数衬度原理及应用 当样品由原子序数为Z1、Z2（ Z2＞Z1 ）的纯元素区域1、区域2构成时，电子束扫描到1区和2区时产生的BSE数目不同，即(nB)2＞ (nB)1 ，探测器探测的BSE信号强 度iB不同，即 (iB)2 ＞ (iB)1 ， 得到图像衬度。 原子序数衬度原理及应用 BSE像衬度特点： ①分辨率较SE像低，对表面形貌的变化不敏感； ②由于BSE能量高，离开样品表面后呈直线轨迹运动，检测器检测的BSE信号比SE低很多，导致粗糙表面的原子序数衬度被形貌衬度掩盖。对于显示原子序数衬度的样品，只需磨平抛光，不能浸蚀，且在检测器前端接一负偏压（－50V）以阻止二次电子到达检测器，排除形貌衬度干扰。 ③样品表面平均原子序数高的微区，BSE信号强，而吸收电子信号弱。因此，BSE像衬度与吸收电子像衬度正好相反。 弹性背散射电子 设原子质量为M，质量数（质子数加中子数）为A，碰撞前处于静止状态，电子与原子质量比为me/M=1/1836A。根据动量和能量守恒定理，入射电子与原子（核）碰撞后的最大能量损失表示为 式中：E0—入射电子能量；θ—半散射角，散射角（2 θ ）即散射电子运动方向与入射方向间夹角。 若入射电子为100keV，对于小角度散射（ θ ＜5°），电子能量损失在10-3~10-5eV的范围；对于背散射电子（ θ ≈90 ° ），能量损失为几个eV，与入射电子能量相比完全可以忽略。因此，认为原子核对电子的散射为弹性散射。 OM、TEM、SEM比较 OM TEM SEM Magnetic lenses detector CRT Cathode Ray Tube Light source Source of electrons Condenser Specimen Objective Eyepiece Projector Specimen SEM工作原理 Electron Gun e- beam ? 1）在SEM中电子束并不像TEM中一样是静态的：在扫描线圈产生的电磁场的作用下，细聚焦电子束在样品表面扫描。 2）由于不需要穿过样品，SEM的加速电压远比TEM低；在SEM中加速电压一般在200V 到50 kV范围内。 3）样品不需要复杂的准备过程，制样非常简单。 返回 SEM与OM比较 放大倍数 景深 分辨率 OM 4x – 1000x 15.5mm – 0.19mm ~0.2mm SEM 10x – 3000000x 4mm – 0.4mm 1-10nm 放大倍数连续可调 球形石墨颗粒的SEM像 电子束在样品表面的扫描和显像管的显示是同步进行的，即电子束打到样品上一个点，在显像管荧光屏上就出现一个亮点。SEM采用逐点成像的方法，把样品表面不同的特征按顺序、成比例地转换为视频信号，完成一帧图像，从而在荧光屏上得到样品表面的各种特征图像。 * * 球形石墨颗粒的表面形貌像（连续放大） * 主要是利用样品表面微区特征的差异，在电子束作用下产生不同强度的物理信号，导致阴极射线管荧光屏上不同的区域有不同的亮度出现，获得衬度。 * * 在扫描电镜中，电子枪发射出来的电子束，经三个电磁透镜聚焦后，成直径为几个纳米的电子束。末级透镜上部的扫描线圈能使电子束在试样表面上做光栅状扫描。试样在电子束作用下，激发出各种信号，信号的强度取决于试样表面的形貌、受激区域的成分和晶体取向。设在试样附近的探测器把激发出的电子信号接受下来，经信号处理放大系统后，输送到显像管栅极以调制显像管的亮度。由于显像管中的电子束和镜筒中的电子束是同步扫描的，显像管上各点的亮度是由试样上各点激发出的电子信号强度来调制的，即由试样表面上任一点所收集来的信号强度与显像管屏上相应点亮度之间是一一对应的。因此，试样各点状态不同，显像管各点相应的亮度也必不同，由此得到的像一定是试样状态的反映。  * 球形石墨颗粒的表面形貌像（连续放大） beam e- P P Detector Amplif