文档介绍：第五章扫描电子显微镜
赵鸽
第五章扫描电子显微
概述
电子束与样品作用时产生的信号
扫描电子显微镜的构造和工作原理
扫描电子显微镜的主要性能
表面形貌衬度及其应用
原子序数衬度原理及其应用
概述
扫描电子显微镜(Scanning electron microscope --SEM)是通过细聚焦电子束在样品表面扫描激发出的各种物理信号来调制成像的显微分析技术。
SEM成像原理与TEM不同,不用电磁透镜放大成像;
新式SEM的二次电子分辨率已达1nm以下,放大倍数可从数倍原位放大到30万倍;
景深大,可用于显微断口分析,不用复制样品;
样品室大,可安装更多的探测器,因此,与其它仪器结合,可同位进行多种分析,包括形貌、微区成分、晶体结构。
电子束与固体样品作用时产生的信号
样品在电子束的轰击下,会产生各种信号。
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。用Ib示背散射电子流。
背散射电子的强度与试样的原子序数由密切关系。背散射电子的产额随原子序数的增加而增加。
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的核外电子。用IS表示二次电子流。
是从表面5-10 nm层内发射出来的,能量0-50电子伏。
二次电子对试样表面状态非常敏感,能非常有效地显示试样表面的微观形貌。
二次电子的产额随原子序数的变化不如背散射电子那么明显。不能进行成分分析。
吸收电子
入射电子中一部分与试样作用后能量损失殆尽,不能再逸出表面,这部分就是吸收电子。用IA表示。
若样品足够厚,透射电子流IT=0,则有 IA = I0 -(I b + IS) (I0—入射电子流)
吸收电子信号调制成图像的衬度恰好和背散射电子或二次电子信号调制的图像衬度相反。
与背散射电子的衬度互补。入射电子束射入一个多元素样品中时,因Se产额与原子序数无关,则背散射电子较多的部位(Z较大)其吸收电子的数量就减少,反之亦然;
吸收电子能产生原子序数衬度,可以用来进行定性的微区成分分析。
透射电子
如样品足够薄,则会有一部分入射电子穿过样品而成透射电子。用IT示透射电子流。
这种透射电子是由直径很小(<10nm)的高能电子束照射薄样品时产生的,因此,透射电子信号是由微区的厚度、成分和晶体结构决定的。
可利用特征能量损失ΔE电子配合电子能量分析器进行微区成分分析。即电子能量损失谱(EELS)。
特征X射线
指原子的内层电子受到激发后,在能级跃迁过程中直接释放的具有特征能量和特征波长的一种电磁波辐射。
根据莫塞莱定律,λ=1/(z-σ)2,可进行成分分析。
X射线一般在试样的
500nm-5μm范围内
发出。
俄歇电子
在入射电子激发样品的特征X射线过程中,如果释放出来的能量并不以X射线的形式发射出去,而是用这部分能量把空位层内的另一个电子发射出去,这个被电离出来的电子称为俄歇电子。
俄歇电子的能量很低,一般为50-1500eV 。
只有在距离表层1nm左右范围内(即几个原子层厚度)逸出的俄歇电子才具备特征能量,因此俄歇电子特别适用做表层成分分析。