第八章 显微分析课件.ppt

第八章显微分析1、二次电子成像原理二次电子图像反映试样表面状态，二次电子产额强烈地依赖于入射束与试样表面法线之间的夹角?:二次电子产额?1/cos?即?角大的地方出来的二次电子多，呈亮像；?角小的地方出来的电子少，呈暗像，如图。第八章显微分析图8-9二次电子呈现的衬度效应，试样倾斜及凸出处有较大的二次电子发射电流第八章显微分析二次电子像是一种无影像，这对观察复杂表面形貌是有益的。如果样品是半导体器件，在加电情况下，由于表面电位分布不同也会引起二次电子量的变化，即二次电子像的反差与表面电位分布有关。这种由于表面电位分布不同而引起的反差，称为二次电子像电压反差，利用电压反差效应研究半导体器件的工作状态（如导通、短路、开路等）是很有效的。第八章显微分析2、二次电子形貌衬度的应用断口分析沿晶断口韧窝断口解理断口纤维增强复合材料断口表面形貌分析材料变形与断裂动态过程的原位观察第八章显微分析Ⅳ背散射电子图像衬度原理背散射电子形貌衬度特点背散射电子原子序数衬度原理背散射电子检测器工作原理第八章显微分析1、背散射电子形貌衬度特点背散射电子能量较高，多数与入射电子能量相近。在扫描电镜中通常共用一个检测器检测二次电子和背散射电子，通过改变检测器加电情况，可实现背散射电子选择检测，由于背散射电子基本上不受收集栅电压影响而直线进入探测器，所以有明显的阴影效应，呈像时显示很强的衬度，但会失去图像的许多细节。如图。第八章显微分析图8-10背散射电子和二次电子的运动第八章显微分析2、背散射电子原子序数衬度原理背散射电子产额随原子序数增大而增多。在进行图像分析时，样品中重元素区域背散射电子数量较多，呈亮区，而轻元素区域则为暗区。第八章显微分析3、背散射电子检测器工作原理A和B表示一对半导体硅检测器，将二者收集到的信号进行处理：二者相加，得到成份像；二者相减，得到形貌像。第八章显微分析Ⅴ其它信号图像扫描电镜图像还有吸收电子像、扫描透射电子像、阴极荧光像和电子感应电动势像，以及X射线显微分析等。吸收电子的产额与背散射电子相反，样品的原子序数越小，背散射电子越少，吸收电子越多；反之样品的原子序数越大，背散射电子越多，吸收电子越少。因此，吸收电子像的衬度是与背散射电子和二次电子像的衬度互补的。如图为球墨铸铁的背散射电子和吸收电子像。电子感应电动势像是半导体器件所特有的，常用来显示半导体、绝缘体的表面形貌、晶体缺陷、微等离子体和P－N结。第八章显微分析图8-11铁素基体球墨铸铁拉伸断口的背散射电子像和吸收电子像（a）背散射电子像，黑色团状物为石墨像（b）吸收电子像，白色团状物为石墨像第八章显微分析Ⅵ样品制备扫描电镜样品可以是块状，也可以是粉末；样品或样品表面要求有良好的导电性，对于导电性差或不导电的样品，需真空镀膜（镀金）。专用扫描电镜，其样品尺寸可以比较大：?25mm?20mm。第八章显微分析五、原子力显微镜1982年,GerdBinnig和HeinrichRohrer共同研制成功了第一台扫描隧道显微镜(scanningtunnelingmicroscope,STM),1986年,Binnig和Rohrer被授予诺贝尔物理学奖。随后衍生出一系列扫瞄探针显微镜（ScanningProbemicroscope，SPM）。扫描探针显微镜具有三个传统显微镜无法达到的重大突破：1.扫描探针显微镜具有极高度的解析力2.扫描探针显微镜具有三维立体的成像能力3.扫描探针显微镜可以在多种环境下操作第八章显微分析这些显微技术都是利用探针与样品的不同相互作用，来探测样品表面或界面在纳米尺度上表现出的物理性质和化学性质。第八章显微分析STM是利用针尖与样品之间的隧道电流的变化来探测物体表面结构。因此，STM要求样品表面能够导电，只能直接观察导体和半导体的表面结构。对于非导电的物质则要求样品覆盖一层导电薄膜，但导电薄膜的粒度和均匀性难以保证，且掩盖了物质表面的细节。SPM使用一个尖锐的探针扫描样品的表面，通过检测及控制探针与试样表面间的相互作用力来形成试样的表面形态像。第八章显微分析 原子力显微镜（atomicforcemicroscope,AFM）是SPM的一种，1986年由IBM公司的Binnig与斯坦福大学的Quate发明的，其目的是为了使非导体也可以采用扫描探针显微镜（SPM）进行观测。AFM的优点：1.样品制备简单：对试样没有任何限制2.分辨率高：可达原子级3.仪器经