电子显微与扫描探针相关技术(2)

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1、2.1.3 俄歇电子俄歇电子o当原子的内层电子在高能量的入射电子作用下电离后，处于激发态的原子恢复到稳定态，可以经由两种相竞争的过程。o（1） 较高能级上的电子填充内层空穴，多余的能量以特征X射线释放。 o(2) 内层空穴外层的电子外层的电子充填，多余的能量多余的能量以无辐射过程传给第第二个电子二个电子，并使之发射出来，这种电子称为俄歇电子俄歇电子，这一过程即俄歇跃迁俄歇跃迁。 如果激发光源不是高能量电子高能量电子而是X射线射线时，也会产生俄歇电子俄歇电子，这一过程也是俄歇跃迁过程俄歇跃迁过程。 oH He 不能产生俄歇电子和特征X射线 ?oK L1L2 K层被电离, L1电子填充K层空穴，多

2、余的能量转给L2上的电子，并使其发射出来。o俄歇电子谱仪俄歇电子谱仪可进行样品表面成分分析表面成分分析，以及进行表面形貌的观察表面形貌的观察。 2.1.4 阴极荧光阴极荧光o一些不导电不导电的样品在高能电子高能电子作用下发射的可见光可见光信号信号叫做阴极荧光阴极荧光o它是由这些物质的价电子价电子在受激态受激态与基态基态之间进行能级跃迁能级跃迁直接释放波长比较长波长比较长，能量比较低能量比较低的波。o能量在：几-几十eV ：在紫外和可见光区（电棒）2.1.5 电子束感生电效应电子束感生电效应o一些高能量的电子高能量的电子被固体样品吸收吸收时，将在样品中激发产生许多自由电子自由电子和相同数量的正离

3、相同数量的正离子子，即所谓的电子-空穴对。o自由电子自由电子: 离开离开样品表面变成二次电子二次电子， 但绝大部分自由电子自由电子将与离子化的原子离子化的原子复合。o金属复合时间仅需 10-12 So半导体复合时间 长达几秒种长达几秒种o这段时间内，样品中形成多余的电荷多余的电荷载流子载流子（自由电子和空穴）将对半导半导体体有限的导电性导电性产生了很大的影响影响。o如样品两端加上两端加上由外接直流电源直流电源建立的电位差电位差，这些多余自由电子自由电子和空穴空穴将向异性电极运动异性电极运动，在外接的电路中，即可检测到电流信号电流信号，电子束感生电电子束感生电导信号导信号。 o如果电荷载流子电荷

4、载流子遇到某种障碍障碍，例如位错位错附近杂质原子聚集的区域附近杂质原子聚集的区域，将形成不同的电位电位，在不同部位之间不同部位之间出现的电位差电位差叫电电子束感生电压信号子束感生电压信号。o对半导体材料和固体电路的研究，电子束电子束感应电效应感应电效应是非常有用的物理信号物理信号 检测固体中的各种缺陷。2.2 不同物理信息产生的空间位置不同物理信息产生的空间位置o在高能量的电子束高能量的电子束作用下，固体样品将在一定的空间区域一定的空间区域产生各种物理信息各种物理信息。o虽然各种物理信息的分布区域没有严格的严格的界限界限，但大体可看出空间区域的不同空间区域的不同。o认识了解这些空间分布的特点空

5、间分布的特点对利用各种各种物理信息物理信息有着重要的实际意义实际意义。o在研究样品表面特征表面特征，样品形貌特征形貌特征，样品元素成分特点元素成分特点以及晶体结构特点晶体结构特点时，都应充分考虑这种空间位置这种空间位置造成的影响。2.2.1 几中物理信息产生的空间位置几中物理信息产生的空间位置 图19.16表示了各种物理信息空间分布特征物理信息空间分布特征，清楚了解不同物理信息不同物理信息产生的不同空间位置不同空间位置，对电子显微分析学习是非常重要的非常重要的。（1） 俄歇电子能量：一般是在502000eV， 逸出深度：约在0.42nm（23个原子层） o俄歇电子俄歇电子反映出试样表面成份表面

6、成份和形貌形貌。 表面成份表面成份和形貌的分析形貌的分析 o（2） 二次电子的空间位置二次电子能量：二次电子能量：一般小于10eV, 大部分在23ev范围 逸出深度：逸出深度： 一般一般约为510nm。o二次电子产率产率与形貌有关形貌有关，分辨率为 6nm,o主要用于扫描电镜扫描电镜的图像观察分析图像观察分析（3）背散射电子的空间位置o背散射电子比二次电子、俄歇电子的能量都大一些都大一些，o逸出深度也深深度也深的多，o所以背散时电子图像分辨率较差？图像分辨率较差？。o由于背散射电子产额背散射电子产额与试样的平均原子序平均原子序数数有着密切关系密切关系o平均原子序数高高，背散射电子产额背散射电子

7、产额就高。高。o所以背散射电子背散射电子像不仅可以表示形貌特点形貌特点，还是一种成分表征像成分表征像。（4）特征X射线的空间位置o特征X射线的能量比较高能量比较高，一般在115KeV，逸出深度逸出深度：一般为几个微米几个微米。o特征X射线从较深处逸出深处逸出，会在样品中经样品中经过一段路程过一段路程o这样就会被吸收一部分吸收一部分，同时还会激发X荧光射线荧光射线。o（5） 连续X射线o连续X射线能量比较高比较高，是高速电子束轰击样品时, 突然改变速率而产生改变速率而产生的，是具有一系列连续波长连续波长的电磁波总和电磁波总和o一般在115Kev，逸出深度逸出深度一般为几个微米几个微米。o在电子探

8、针定量分析电子探针定量分析中，连续连续X射线造成射线造成的背的背景景是应该扣除的应该扣除的。 （6） X荧光射线o高能量的电子束轰击样品高能量的电子束轰击样品时，会产生特征特征X射线射线和连续连续X射线射线。o在特征特征X射线射线从样品中发射出来发射出来的过程中，有一部分特征特征X射线会激发射线会激发另一些元素的内内层电子层电子而产生特征特征X荧光射线荧光射线。 o另外从样品中发射出来样品中发射出来的连续连续X射线射线也会激发一些连续连续X荧光荧光射线。oX荧光射线荧光射线一般在115KeV,o逸出深度一般为几个微米几个微米。o电子探针定量分析电子探针定量分析过程中，必须进行X荧光校正？荧光校

9、正？。 （7） 透射电子的穿透o电子束带有负电电子束带有负电，穿透能力很差穿透能力很差，只有当只有当样品很薄样品很薄时电子才能穿透样品电子才能穿透样品，o一 般 情 况 下 要 求 样 品 薄 膜 厚 度 小 于样 品 薄 膜 厚 度 小 于200nm，有时甚至要求样品甚至要求样品在10nm左左右右。o透射电镜透射电镜就是观察透射电子成像规律的观察透射电子成像规律的。2.2.2 各种物理信息的空间变化各种物理信息的空间变化（1） 与加速电压加速电压的关系o上述各种物理信息产生的深度深度与加速电压加速电压变化变化有密切关系密切关系。o加速电压增大加速电压增大，物理信息逸出的深度深度也回相应加深加

10、深，空间也会相应扩大空间也会相应扩大。o电子穿透能力穿透能力也随加速电压而变强加速电压而变强。（1） 电子束直径的关系电子束直径的关系o物理信息产生的空间变化空间变化与电子束直径电子束直径有密切的关系。o当加速电压不变加速电压不变时，电子束直径电子束直径越大，激发深度深度会减小减小，而侧向空间侧向空间却相应扩大扩大。o相反，电子束直径减小直径减小，激发深度深度会增加加，而侧向空间侧向空间会缩小缩小。 o总之，电子束电子束和物质物质的相互作用是复杂的复杂的，既决定于电子束电子束的作用特点，又决定于物物质本身质本身内在特征。o实际上电子与物质的作用电子与物质的作用比上述介绍复杂上述介绍复杂的多的多

11、,这里仅作简单介绍.o对这些基本作用基本作用，以及产生的物理特点物理特点，应该清楚理解清楚理解。第二章第二章 透射电子显微分析透射电子显微分析o引言引言：o1933年，德国物理学家卢什卡卢什卡（Ruska）等研制成第一台透射电子显微镜第一台透射电子显微镜。o1939年，德国西门子公司德国西门子公司生产了分辨率优于10nm10nm的显微镜的显微镜 1986年 E. Ruska与发明STM的 G. Binning和和 H. Rohrer一道获得诺贝尔物理学奖1986年诺贝尔物理学奖获诺贝尔物理学奖获 恩斯特. 鲁斯卡 宾尼希 罗雷尔 o现代高性能的透射电子显微镜高性能的透射电子显微镜o点分辨本领分