《电镜的成像过程》PPT课件

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1、三：电子束与样品的相互作用SEM能显示各种图像的信息是由于电子束与样品的相互作用而产生的各种信号。选择参数合适的电子束照射到样品上，形成图像的信息来源于样品上电子束照射的部位，理想情况是信息取样面积应该等于电子束的直径，但是实际上并非如此。１.散射２.相互作用区３.背散射电子４.二次电子５.特征Ｘ射线散射是由于电子束与样品的原子和电子相互作用而产生的电子束路径或能量的变化，或者两者同时发生。截面或散射事件的几率：Ｑ＝Ｎ/ｎｔｎｉ（ｃｍ２）Ｎ为单位体积中发生散射事件的数目ｎｔ为单位体积中靶位的数目ｎｉ为单位面积中的入射粒子数ｃｍ２理

2、解为一个原子在给定的相互作用中的有效面积电子在两个特定散射事件中穿行的平均自由程或平均距离：λ＝Ａ/ＮoρＱ(cm)A为原子量No为阿伏伽德罗常数Ｑ为截面散射可分为：弹性散射和非弹性散射１.弹性散射：电子能量无损失，散射角比较大弹性散射截面可以用卢瑟福公式描述：在高原子序数和低电子能量的情况下易发生弹性散射。２.非弹性散射：电子将能量交换给靶的电子和原子，一次散射角比较小。非弹性散射过程和扫描电镜有关的有：a.等离子激发激发“自由电子气”以波的形式出现b.二次电子激发导带中松散结合的电子，出射能量为0-50evc.内壳层电离激发内

3、壳层电子，在激发过程中发出特征X射线d.韧致辐射在靶的库伦场中减速，发出连续谱X射线e.声子激发引起样品温度升高（晶格振动）单个过程的截面获得困难，可以用能量损失关系来讨论低原子序数易发生非弹性散射相互作用区1.实验依据：由实验可得到相互作用区的轮廓，一种塑料聚异丁烯酸甲酯（PMMA）在电子束轰击后，经过腐蚀可以观察到相互作用的轮廓。2.蒙特卡罗计算：对于高原子序数的材料，用蒙特卡罗电子轨迹模拟法研究相互作用区域特别有用。可以得出相互作用区在接近电子束轰击点处有一个密集的核，而且沉积的能量沿径向逐渐减小。在PMMA中能量沉积是位置

4、的函数，蒙特卡罗模拟计算和腐蚀法实验测定的结果如图PMMA经电子轰击后腐蚀，随腐蚀时间显示的能量沉积轮廓的变化。相互作用区的线性体积a.随原子序数的增加而减小；b.随电子束能量的增加而增加；c.电子束与样品的角度关系是倾斜角增加时，相互作用区变小对于电子在固体中的穿行距离，即所谓的“电子范围”有两种常用的模型来考虑：1.Bethe范围该范围大于实际范围2.Kanaya-Okayama范围Rk-o=0.0276AE01.67/Z0.889ρ（μm）该范围与实际范围接近蒙特卡罗电子轨迹模拟图电子束激发的各种信号产生的区域背散射电子70

5、%的束电子在相互作用区消耗掉所有的能量，30%的电子则从样品散射出来，这些从新出射的电子称为背散射电子。出射的背散射电子带有在某个深度范围上的样品的性质的信息。背散射电子系数定义为背散射电子数NBS除以入射到靶位上的电子数NB。1.背散射电子数随着原子序数的增加而增加2.背散射电子数随样品的倾斜角增加而增加3.背散射电子取样深度约为K-O范围的0.3倍（信息深度）BSE电子信号区域二次电子二次电子是指从样品中出射的能量小于50ev的电子二次电子系数1.范围和取样深度：取样深度较浅，计算出最大发射深度约为5λ，横向扩散也相同。λ对金

6、属约为1nm，非金属约为10nm二次电子的信息深度约为背散射电子的百分之一2.与样品成分的关系：二次电子系数对样品成分的变化相当不敏感，但是发射的二次电子中含有背散射电子激发的二次电子，在特殊情况下也可以得到一点成分信息δ总=δB+δBSη3.与样品倾斜的关系二次电子系数与电子束的入射方向有明显关系：入射方向与试样表面法线方向一致，图像亮度最小入射方向与试样表面法线方向成一定角度时，图像亮度增大θ指电子束与样品表面法线的夹角试样表面有着不同程度的起伏，对应着电子束与样品表面法线不同的夹角，二次电子数量不同，荧光屏上的图像将呈现与试

7、样起伏程度相对应的亮度差异，得到试样的形貌衬度，是二次电子像最重要的衬度内容。二次电子信号X射线1.X射线的产生：在束电子发射非弹性散射的过程中，可观察到能量正好处于X射线电磁波的谱段内辐射，X射线以两种不同的过程形成。a)束电子在原子实（原子核与紧密束缚的电子组成）的库伦场中减速形成能量连续的X射线谱（韧致辐射）b)束电子与内壳层电子相互作用，驱出束缚电子，原子处于激发态，电子壳层留出一个空位，在随后的去激过程，某个外层电子发生跃迁填充这个空位，这个跃迁过程伴随着能量变化，原子以发射X射线的形式释放能量。发射的X射线的能量与原子

8、中确定能级间的能量有关。这种X射线称为特征X射线。2.特征X射线高能束电子与原子相互作用引起内壳层电子发射，在随后的去激发过程中产生特征X射线。具有足够能量的束电子可驱出内层（K、L、M）的电子，使原子处于电离或激发态。原子在电离后约10-12s内