现代材料分析测试技术 第06章 电子与物质的交互作用

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1、中南大学粉末冶金研究院第6章电子与物质的相互作用孔毅2010年4月6日电子与物质的相互作用中南大学粉末冶金研究院一.物质对入射电子的散射灯丝1.电子束来源及主要参数聚焦罩电子枪：阳极①阴极（灯丝）W丝LaB发射电子6,②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)电子与物质的相互作用中南大学粉末冶金研究院2.两种类型的散射及产物①弹性散射改变轨道，能量不变E≅EEe00ϕe0~18

2、0°②非弹性散射改变轨道，能量改变ϕ>>ϕeiE0ϕiE

3、材料的相互作用入射电子背散射电子二次电子阴极荧光Auger电子吸收电子Cherenkov辐射弹性散射电子透射电子非弹性散射电子电子与物质的相互作用中南大学粉末冶金研究院非弹性散射产物可能获得信息二次电子形貌(SEM)不同深度成份分析俄歇电子(Anger谱仪)晶体结构成份分析连续与特征X线XRDXRF长波辐射电子结构（红外,可见,紫外）电子－空穴对内电磁场晶格振动（声子）形貌等离子激光(plasma)电子与物质的相互作用中南大学粉末冶金研究院6.2高能电子与样品物质交互作用产生的电子信息电子与物质的相互作用中南大学粉末冶金研

4、究院6.2.1二次电子（SE）•概念：当入射电子与原子核外电子发生相互作用时，会使原子失掉电子而变成离子，这种现象称为电离，而这个脱离原子的电子称为二次电子。电子与物质的相互作用中南大学粉末冶金研究院价电子激发•二次电子是被入射电子在样品的导带和价带里打出来的电子，只需小的能量(E<50eV)就可打出二次电子。二次电子通常不包含与元素有关的信息。如果二次电子在样品表面（5－10nm），则很容易逸出表面，所以在扫描电镜中二次电子被用来表征样品表面信息。二次电子的数量与电子束与表面的夹角有关，如果表面凹凸不平，就会产生不同的二

5、次电子数量，从而造成反差，这被用来产生扫描电镜像。•透射电镜中的扫描透射成像（STEM）模式也可以利用二次电子成二次电子像。STEM的二次电子像比低电压的扫描电镜像有更高的分辨率。例如：场发射枪的扫描电镜在30kV下，分辨率可优于1nm，而不用场发射枪的STEM，在100kV时分辨率就可优于1nm,甚至更好。电子与物质的相互作用中南大学粉末冶金研究院芯电子激发•还有一类二次电子，称为快二次电子（FastSecondaryElectron），这些快二次电子是从内壳层中激发出来的，它们带有很大一部分入射电子的能量(50－200

6、keV).快二次电子对电子显微分析没有好处，它们会产生许多X射线，对正常的X射线分析带来干扰。人们正开始研究快二次电子，想法减轻它的干扰。电子与物质的相互作用中南大学粉末冶金研究院主要特点1.逸出深度浅，只有表层可检测2.SEM二次电子像有高分辨率3.信号收集效率高出射几率：ZP∝exp()λeBZ≈1%ZeSEeBSeSEeeSEZ:深度BS5λe平均自由程→λ＝1～10nmSEe的Z为5λ（5～50nm)SE电子与物质的相互作用中南大学粉末冶金研究院2.影响二次电子的因素(1)原子系数ZeSE对Z的灵敏程度远不如eBS

7、1(2)入射电子能量δ∝E↑，δ↓BEB所以在SEM中观察SEF时，不应单纯追求高Kev1o(3)试样倾角θδ(θ)=δo⋅δ即θ＝0时的δ0cosθθ↑时，δ（θ）↑。即有效逸出深度↑试样表面起伏，即变化()不同eθδθB所以，同一take-off接受e，可反SE映试样起伏.RθR0θ电子与物质的相互作用中南大学粉末冶金研究院6.2.2背散射电子（BackscatteredElectron，BE）•背散射电子指被固体样品中原子核“反弹”回来的一部分入射电子，背散射电子来自样品表层几百nm的深度范围，由于它的产頟随原子序数

8、的增加而增加，所以不仅能用作形貌分析，且可用来显示原子序数衬度，定性地用作成分分析。背散射电子主要用于扫描电镜。•特点1.对样品物质的原子序数敏感2.分辨率及信号收集率较低电子与物质的相互作用中南大学粉末冶金研究院背散射电子从试样中散射出的电子niBSBS1.背散射系数:η==niBBnBS:背散射电子