电子与固体物质的作用.ppt

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1、电子与固体物质的相互作用目录Contents12345电子散射内层电子激发后的弛豫过程自由载流子电子与固体作用产生的各种信号相互作用体积与信号产生的深度和广度当一束聚焦电子束沿一定方向射入试样内，在原子库仑电场作用下，入射电子方向改变，称为散射。原子对电子的散射可分为弹性散射和非弹性散射。在弹性散射中，电子只改变方向，基本无能量的变化。在非弹性散射中，电子不但改变方向，能量也有不同程度的减小，转变为热、光、X射线和二次电子等。原子对电子的散射具体分为：原子核对电子的弹性散射；原子核对电子的非弹性散射；核外电子对电子的非弹性散射。一、电子散射当

2、入射电子作用在以原子核为中心、rn为半径的圆内时将被散射到大于α的角度以外，故可用πrn2来衡量一个孤立原子核把入射电子散射到大于α角度以外的能力。由于电子与原子核的作用为弹性散射，故将故将πrn2叫做弹性散射截面，用σn表示。1.1原子核对电子的弹性散射弹性散射电子由于其能量等于或接近于入射电子能量E0，因此是透射电镜中成像和衍射的基础。入射电子运动到原子核附近，除受核的库仑电场的作用发生大角度弹性散射外，入射电子也可以被库仑电势制动而减速，成为一种非弹性散射，入射电子损失的能量ΔE转变为X射线。由于能量的损失不是固定的，这种X射线无特征波

3、长值，能量损失越大，X射线波长越短，波长连续可变，一般称为连续辐射或者韧致辐射。它本身不能用来进行成分分析，反而会在X射线谱上产生连续本底，影响分析的灵敏度和准确度。1.2原子核对电子的非弹性散射同理，称πre2为核外电子的非弹性散射截面，用来衡量一个孤立的核外电子把入射电子散射到α角以外的能力，用σe表示。原子散射截面可定义为电子被散射到等于或者大于α角的几率除以垂直入射电子方向上单位面积的原子数。量纲为面积。原子散射截面是弹性散射截面与非弹性散射截面之和，即σ(α)=σe(α)+σi(α)1.3核外电子对电子的非弹性散射当试样原子的内层电

4、子被运动的电子轰击脱离了原子后，原子处于高度激发状态，它将跃迁到能量较低的状态，这种过程称为弛豫过程。弛豫过程可以是辐射跃迁，即特征X射线发射；也可以是非辐射跃迁，如俄歇电子发射，这些过程都具有能量特征。能谱仪和波谱仪就是利用X射线来进行成分分析的谱仪。二、内层电子激发后的弛豫过程当能量较高的入射电子照射到半导体、磷光体和绝缘体上时，不仅可使内层电子被激发产生电离，还可使满带的价电子激发到导带中去，这样就在满带和导带内产生电离，这样就在满带和导带内产生大量空穴和电子等自由载流子。阴极荧光、电子束电导和电子束伏特效应等都是这些自由载流子产生的。

5、三、自由载流子四、电子束与物质之间的作用产生的信号高速运动的电子束轰击样品，会产生很多物理信号，主要分以下三大类：电子信号：1.未散射电子（透射电子）2.散射电子(反射电子、透过散射电子及吸收电子)3.激发电子(包括二次电子及俄歇电子)电磁波信号：1.X射线(包括特征及连续辐射)2.可见光(阴极荧光)电动势：由半导体中电子一空穴对的产生而引起。四、电子束与物质之间的作用产生的信号二次电子是指被入射电子轰击出来的样品中原子的核外电子。由于原子外层价电子间的结合能很小，当原子的核外电子从入射电子获得了大于相应的结合能的能量后，即可脱离原子核变成自

6、由电子。如果这种散射过程发生在比较接近样品表层处，则那些能量大于材料逸出功的自由电子可从样品表面逸出，变成真空中的自由电子，即二次电子。4.1二次电子(SecondaryElectron)二次电子来自表面5-10nm的区域，能量为0-50eV，大部分为2-3eV。它对试样表面状态非常敏感，能有效地显示试样表面的微观形貌。由于它发自试样表层，入射电子还没有被多次反射，因此产生二次电子的面积与入射电子的照射面积没有多大区别，所以二次电子的分辨率较高，一般可达到5-10nm。扫描电镜的分辨率一般就是二次电子分辨率。二次电子产额随原子序数的变化不大，

7、它主要取决与表面形貌。因此一般所说的电子显微镜照片即是指收集到的二次电子信号转化成的图象，简称形貌像。4.1二次电子(SecondaryElectron)背散射电子是指被固体样品原子反射回来的一部分入射电子，其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。弹性背散射电子是指被样品中原子核反弹回来的，散射角大于90度的那些入射电子，其能量基本无变化（几到几十KeV）。非弹性背反射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹性散射，不仅能量变化，而且方向也发生变化。能量范围很宽，从数十eV到数千eV。4.2背散射电子(Back-scatteredElectr

8、on)从数量上看，弹性背散射电子远比非弹性背散射电子所占的份额多。背散射电子的产生范围在样品的100nm-1mm深度，能量在几十-几千eV。背散射电子成像分辨率一般