粒子与材料的相互作用

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1、1第三章粒子（束）与材料的相互作用第一节电子束与材料的相互作用第二节离子束与材料的相互作用（略）一、电子束与物质的相互作用O入射电子●原子中的核外电子或二次电子（1）散射；（2）激发；（3）受激发粒子在固体中的传播。3一、散射当一束聚焦电子沿一定方向射到固体上时，在固体原子的库仑电场作用下，入射电子方向将发生改变，这种现象称为（电子）散射。有弹性散射和非弹性散射之分。原子中的原子核和核外电子对入射电子均有散射作用。对比：物质对X射线的散射4瞄准距离散射角核电荷数或原子序数注意：电子经过原子核和电子时偏转方向不同!入射方向与散射方向之间的夹角电子入射方向与原子核或电子之间的距离电

2、子衍射及成像的基础电子散射示意图与原子核作用与核外电子作用51.原子核对入射电子的散射电子受散射后损失的能量电子的初始能量散射基元(原子核)的质量数(质子数与中子数之和)半散射角由公式可知，电子的能量损失与入射能量相比，可忽略。因此，原子核对电子的散射一般情况下均可视为弹性散射。62.核外电子对入射电子的散射原子中核外电子对入射电子的散射作用是一种非弹性散射。在非弹性散射过程中，入射电子所损失的能量部分转变为热，部分使物质产生各种激发现象，如原子电离、自由载流子、二次电子、俄歇电子、特征X射线、特征能量损失电子、阴极荧光、电子感生电导等——电子激发。73.散射截面入射电子被原子

3、核散射时，散射角2的大小与瞄准距离rn、原子核电荷Ze以及入射电子的加速电压V有关，其关系为rn2叫做弹性散射截面，用n表示。当入射电子与核外电子作用时，散射角2为re2为核外电子的非弹性散射截面，用e表示。8弹性散射截面为n非弹性散射截面则为所有核外电子非弹性散射截面之和Ze，则n/Ze=Z因此，原子序数越高，产生弹性散射的比例就越大。对一个原子序数为Z的孤立原子94.电子吸收电子吸收：由于电子能量衰减而引起的强度（电子数）衰减。电子被吸收时所达到的深度称为最大穿入深度（R）。入射电子在固体中传播时的能量损失曲线（E0=1keV、3keV、5keV和8ke

4、V）入射电子的能量越大，穿入深度越大。固体对电子的“吸收”比对X射线的吸收快。二、电子与固体作用产生的信号弹性散射和非弹性散射同时发生。前者使电子偏离原来方向引起电子在固体中扩散；后者使电子能量逐渐减小，直至被固体吸收，从而限制了电子在固体中的扩散范围，这个范围称为电子与固体的作用区。扫描电子显微镜和其它相关分析技术检测的各种信号和辐射正是来自这个作用区。11入射电子束与固体作用产生的发射现象背散射电子流IR，包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。二次电子流IS，包括（真）二次电子和特征二次电子（俄歇电子）样品吸收电流IA电子激发诱导的X射线辐射强度IX①连续的X射线②特征X射

5、线③X射线荧光（二次特征X射线）表面元素发射的总强度IE透射电子流IT入射电子流I0121-入射电子束2-俄歇电子激发体积3-样品表面4-二次电子激发体积5-背散射电子激发体积6-初级X射线激发体积入射电子产生的各种信息的深度和广度范围(a)电子束散射区域形状(梨形作用体积)(b)重元素样品的电子束散射区域形状(半球形作用体积)13从表面发射出去的二次电子流与入射电子流的比值（IS/I0）称为二次电子产额，用表示。二次电子产额与电子能量和入射角的普遍关系入射角越大，越大；电子能量增加，开始增加，达极大值后反而减少.143.电子能谱电子与固体作用产生的发射电子谱（示意图）

6、二次电子像——扫描电镜的主要成像方式俄歇电子能谱（AES）扫描电镜背散射电子像、低能电子衍射（LEED）、反射式高能电子衍射（RHEED）电子能量损失谱（EELS）阴极荧光轫致辐射特征X射线透射电子样品俄歇电子衍射电子二次电子背散射电子吸收电子电子探针扫描电镜透射电镜俄歇电子谱仪入射电子束电子与材料相互作用产生的信号及据之发展起来的分析方法电子能量损失谱低能电子衍射反射式高能电子衍射16第三章作业3－1简述电子与固体作用产生的信号及据此建立的主要分析方法。