a05电子束与物质互作用xrf

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1、材料显微结构分析方法清华大学研究生课程IV.电子束与物质的互作用一.物质对入射电子的散射1.电子束来源及主要参数电子枪：①阴极（灯丝）W丝LaB6,发射电子②聚焦罩-102~-103伏控制电子束质量　聚焦③阳极：正高压　　加速e灯丝聚焦罩阳极电子参数：束斑直径D：50Å～1μm电流：10－12～10－6A球面发散度：Sr=束斑面积/距离2≈0.5(10-2rad)2.两种类型的散射及产物①弹性散射改变轨道，能量不变②非弹性散射改变轨道，能量改变非弹性散射产物形貌二次电子俄歇电子连续与特征X线长波辐射（红外,可见,紫外

2、）等离子激光(plasma)电子－空穴对晶格振动（声子）内电磁场电子结构晶体结构成份分析XRDXRF不同深度成份分析(Anger谱仪)形貌(SEM)可能获得信息3.散射截面Q（或σ）表征物质对电子的散射能力nt:单位体积内物质的粒子数Q＝N/ntnicm2ni:单位面积内的入射电子数N:单位体积内电子发生散射的次数Q：相当于发生散射的几率，即相当于一个给定的互作用的有效原子截面。nt=ρNo/A设在dx=λ自由程内，则Q=(1/λ)/(ρNo/A)平均一个电子只发生一次散射。或λ＝A/(NoρQ)ni=1N=1/λ1

3、/λ=1/λa+1/λb+1/λc+…cm-1平均自由程:Q＝N/ntnicm2二.弹性散射截面散射角超过0事件的几率。Z:原子系数QZ2E:电子能量(Kev)Q1/E2E相同时QPb>QFe>QcZ相同时Q10Kv>Q20Kv>Q30Kv三.非弹性散射能量损失固体中单位距离内非弹性散射引起的能量损失，Bethe方程:式中，A：是原子量一切可能的能量损失过程中平均每次互作用的能量损失。Em：路程中平均电子能（Kev）J：平均电离能:引入阻碍本领概念S：由于：可见：四.散射的作用体积弹、非弹散射过程迫使原来的入射

4、电子不断改变方向即降低能量，运动轨迹是具有一定区域的弥散颁布的统计状态。互作用不足以产生二次辐射反应(如特征X－Ray)。这样一个区域称为散射的作用体积。*作用体积影响因素：①②③#作用体积形态：梨形反之：五.背散射电子被、从试样中散射出的电子nBS:1.背散射系数:nB:背散射电子总数背散射电流iBS:入射电子总数入射电流iB:通常当试样有+50V偏压时：2.的影响因素：数目对Z敏感，(1)原子序数对多元素试样：即表明(2)入射电子能量η受影响不大→可多次反射→更多机会被散射（从试样中逸出）→穿透深度深→不易被散

5、射（从试样中逸出）在SEM中作为元素相分析的一种依据。(3)倾斜角θθ:试样法线和入射e方向的夹角（对纯元素）变成不对称(4)角分布则：实际试样表面起伏，即变，探测器在表面固定处测量，就可以获得与表面起伏相应的信号起伏（SEM图象原理）。θθ=0时，与背散射电子数的函数关系(1)能量分布因为非弹散引起的能量损失(典型值10ev/10nm)，即分布情况不一样。同一Eo,同一Take-off角：Z小(轻)，分布宽；Z大(重)，分布窄，更趋于W=1。同一Eo,不同Take-off角，各逸出路径不同，所以存在一个能量分布。

6、由入射电子激发试样原子发射出的派生电子。小于50ev的背散射电子。六.二次电子1.二次电子发射系数及逸出深度a.直接由原入射eB引起来源：(1)发射系数δ：b.间接由背散射引起(2)逸出深度特点：ESE小，易被吸收。逸出深度浅，只有表层可检测。所以SEM二次电子像有高分辨率。出射几率：Z:深度(1)原子系数Z对Z的灵敏程度远不如所以在SEM中观察SEF时，不应单纯追求高Kev2.影响二次电子的因素(2)入射电子能量(3)试样倾角θ所以，同一take-off接受eSE，可反映试样起伏.(4)角分布材料显微结构分析X光化

7、学分析一.分析理论基础及方法理论基础：莫塞莱定率h:plank常数K:与马德堡常数有关σ：屏蔽常数L系常用K系XRF激发源:一次X-Raye束EPMA不必导电，液体可试样：微区导电或镀膜Be4-U92相对较低，几百ppm；绝对较高，10－13－10－14g少量到百分之百可，必须校正照射区域：检测范围：含量限制：灵敏度：定量分析：展谱方式：大面积F9－U92(C6)相对较高,几-几十ppm；绝对较低。微量到百分之百WDS或EDS分光(展谱)原理因试样中所有元素的特征X线同时被激出！1.WDS：WaveDispersiv

8、eSpectroscopy利用波动性逐一展谱2.EDS：EnergyDispersivepectroscopy利用粒子性h同时展谱两种展谱方式二.WDS分光原理：利用Bragg方程但几何布置有区别。EPMA与XRF的WDS分光原理相同，试样e束分光晶体准直光栏探测器G例：常用分光晶体LiF时，接收到强信号。则：为CoK1.7901当分光晶