chapter扫描.ppt

第十章 扫描电子显微镜 * 第一节 电子束与固体样品作用时 产生的信号 背散射电子　 二次电子 　 吸收电子 　 透射电子 　 特征x射线 　 俄歇电子 背散射电子 背散射电子是指被固体样品中的原子核或核外电子反弹回来的一部分入射 电子。 弹性背散射电子：样品表面原子核或核外电子反弹回来的电子（能量不变），可达数千至数万ev。非弹性背散射电子：电子在固体中经过一系列散射后最终由原子核反弹回来的电子，电子不仅方向改变，能量也有不同程度的损失。其能量分布范围很宽，数十ev至数千ev。 特征： 1)弹性背散射电子远比非弹性背散射电子所占的份额多 ；　 2)能量高，例如弹性背散射，能量达数千至数万ev ；　 3)背散射电子束来自样品表面几百nm深度范围 ；　 4)其产额随原子序数增大而增多 ；　 5)用作形貌分析、成分分析（原子序数衬度）以及结构分析（通道花样）。 二次电子 在入射电子作用下被轰击出来并离开样品表面的样品原子核外电子， 也是一种真空自由电子（如果这种过程发生在比较接近样品的表层，那 些能量尚大于材料逸出功的自由电子可从样品表面逸出，变成真空中的 自由电子，即二次电子）。由于原子核和价电子间的结合能很小，因 此，外层的价电子较容易和原子脱离，使原子电离。一个能量很高的入 射电子射入样品时，可以产生许多二次电子，其中90%来自于外层价电 子。 特 征： 1)二次电子能量较低。一般不超过50 ev，大部分几ev；　 2)来自表层5—10nm深度范围；　 3)对样品表面化状态十分敏感，因此能有效地反映样品表面的形貌；　 4)其产额与原子序数间没有明显的依赖关系。因此，不能进行成分分析。 吸收电子 入射电子进入样品后，经多次非弹性散射，能量损失殆尽（假定样品有足够厚度，没有透射电子产生），最后被样品吸收。 若在样品和地之间接入一个高灵敏度的电流表，就可以测得样品对地的信号，这个信号是由吸收电子提供的。 入射电子束与样品发生作用，若逸出表面的背散射电子或二次电子数量任一项增加，将会引起吸收电子相应减少，若把吸收电子信号作为调制图像的信号，则其衬度与二次电子像和背散射电子像的反差是互补的。 入射电子束射入一含有多元素的样品时，由于二次电子产额不受原子序数影响，则产生背散射电子较多的部位其吸收电子的数量就较少。 因此，吸收电流像可以反映原子序数衬度，同样也可以用来进行定性的微区成分分析。 特征X射线 特征X射线是原子的内层电子受到激发以后，在能级跃迁过程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电磁波辐射。 来自表层100—1000nm深度范围. 具体说来，如在高能入射电子作用下使K层电子逸出，原子就处于K激发态，具有能量EK。当一个L层电子填补K层空位后，原子体系由K激发态变成L激发态，能量从EK降为EL，这时就有?E＝(EK-EL)的能量释放出来。若这一能量以X射线形式放出，这就是该元素的K?辐射，此时X射线的波长为： 这种X射线称为特征X射线,根据莫塞来定律,可以看出:原子序数和特征能量之间是有对应关系的，利用这一对应关系可以进行成分分析。如果用X射线探测器测到了样品微区中存在某一特征波长，就可以判定该微区中存在的相应元素。 Z为原子序数，K、?为常数 俄歇电子 如果原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量?E不以X射线的形式释放，而是用该能量将核外另一电子打出，脱离原子变为二次电子，这种二次电子叫做俄歇电子。 原子中K层的一个电子被打出后，它就处于K激发状态，其能量为EK。如果一个L层电子来填充这个空位，K电离就变成L电离，其能量由EK变成EL，此时将释放EK-EL的能量。释放出的能量，可能产生荧光X射线，也可能给予L层的另一各电子，使其脱离原子产生二次电离。即K层的一个空位被L层的两个空位所代替，这种现象称俄歇效应. 从L层跳出原子的电子称KLL俄歇电子，其能量是吸收体元素的特 征，测定俄歇电子的能量，即可确定该种原子的种类，所以，可以利用俄歇电子能谱作元素的成分分析。不过，俄歇电子的能量很低，一般为几百eV，其平均自由程非常短，人们能够检测到的只是表面两三个原子层（ 1—2nm ）发出的俄歇电子，因此，俄歇谱仪是研究物质表面微区成分的有力工具。 第二节 扫描电子显微镜的构造和工作原理 扫描电子显微镜由电子光学系统、 信号收集及显示系统、真空系统及 电源系统组成。其实物照片以及结 构框图如图所示。 电子光学系统 电子光学系统由电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室等部件组成。 1.电子枪 利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。扫描电子显微镜