电子显微分析SEM信号与图像衬度

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1、第二节 SEM信号与图像衬度一、固体样品受入射电子激发产生的各种物理信号二次电子，背散射电子，吸收电子，透射电子，特征X射线，俄歇电子，阴极荧光及特征能量损失电子等。二、物理信号像衬度（表面形貌衬度）衬度：对比度；反差；亮暗差一、固体样品受入射电子激发产生的各种物理信号电子束与固体物质相互作用产生的信息示意图 固体样品受入射电子激发产生的各种物理信号 等离子激发 人射电子引起价电子云集体振荡 SEMSEM信号的作用深度信号的作用深度如图：如图：俄歇电子的穿透深俄歇电子的穿透深度最小，度最小，一般穿透深度小于一般穿透深度小于1nm；二次电子小于二次电子小于10nm。 1、二次电子信号被入射电子轰

2、击出来的核外电子叫做二次电子。 大部分是价电子：一个高能入射电子被样品吸收时，可以在样品中产生许多自由电子，其中价电子电离约占电离总数的90%。所以，在样品表面上方检测到的二次电子绝大部分是来自价电子电离。二次电子能量比较低 ：一般小于50eV电子结合能很小，对于金属来说大致在l0eV左右 二次电子分辨率二次电子分辨率1.5-6nm1.5-6nm二次电子探头二次电子探头 接收到的新号接收到的新号 仅来源于样品表面仅来源于样品表面5nm10nm的深度。的深度。即：距样品表面即：距样品表面5nm10nm的深度的深度内二次内二次电子的才能逸出表面，电子的才能逸出表面，这是二次电子分辨率高的重要原因之

3、一。这是二次电子分辨率高的重要原因之一。 探测器（二次电子及背散射电子）二次电子：栅网电压正正300V背散射电子：栅网电压负负50V（阻止阻止二次电子）2、背散射电子信号 被固体样品原子反射的部分入射电子，所以又叫做反射电子或初级背散射电子 3、吸收电子信号随着入射电子与样品中原子核或核外电子发生非弹性散射次数的增多，其能量和活动能力不断降低以致最后被样品所吸收。如果通过一个高电阻或高灵敏度的电流表 (如毫微安表)把样品接地，那么在高电阻或电流表上将检测到样品对地的电流信号电流信号，这就是吸收电子或样品电流信号吸收电子或样品电流信号。 4、透射电子信号如果样品的厚度比入射电子的有效穿透深度 (

4、或全吸收厚度)小得多，将有相当数量的入射电子能够穿透样品入射电子能够穿透样品而被装在样品下方的电子检测器所检测，叫做透射电叫做透射电子子 透射系数与质量厚度5、特征X射线信号 6 、俄歇电子如果原子内层电子能级跃迁过程所释放的能量，仍大于包括空位层在内的邻近或较外层的电子临界电离激发能，则有可能引起原子再一次电离，发射具有特征能量的俄歇电子，其能量 EKL2L2， 能量低能量低：对于大多数金属来说， EKL2L2=30一45eV，视不同材料而定。俄歇电子能量一般为50一1500eV 表层化学成分分析表层化学成分分析 :因此，用于分析的俄歇电子信号主要来自样品表层23个原子层，即表层52OA范围

5、。平均自由程非常短。例如碳KL2L2，俄歇电子能量为267eV，它的平均自由程只有7A。这样，在样品较深区域产生的俄歇电子，在向表面层运动时必然会因不断碰撞而损失能量，使之失去具有特征能量的特点。22LKLE7、（导致）阴极荧光的简单作用原理 特征能量损失电子在弹性背散射峰的低能一侧，有着一个或几个微弱的特征能量损失电子峰测量轻元素，误差较大 固体样品发射的电子能量分布曲线 背反射图像与吸收图像对比奥氏体铸铁中石墨呈条片状a石墨片条：暗条暗条 b石墨片条：亮条亮条二次电子图像与背反射图像对比二次电子图像背反射图像：形成阴影 二、物理信号像衬度（表面形貌衬度）衬度：对比度；反差；亮暗差二次电子像

6、：二次电子像分辨较高，所以适用于显示形貌衬度 表面形貌衬度是利用对样品表面形貌变化敏感的物理信号作为调制信号得到的一种像衬度。因为二次电子信号主要来自样品表层50100深度范围，它的强度与原子序数没有明确的关系，但对微区刻面相对于入射电子束的位向却十分敏感但对微区刻面相对于入射电子束的位向却十分敏感，样品倾斜对二次电子信号的影响 -关系曲线 -关系公式 ： 二次电子产额IS ：二次电子信号强度 Ip ：入射电子束强度 倾斜角：样品的法线与入射电子束轴线之间夹角cos1ps形貌衬度原理 1、因为随着样品倾斜角的增大，入射电子束在样品表层50-100范围内运动的总轨迹增长，引起价电子电离的机会增多，产生的二次电子数增多;2、其次，随样品倾斜角的增大，入射电子束作用体积较靠近靠近、甚至暴露于表层，作用体积内产生的大量自由电子离开表层的机会增多。在如图那样的样品表面尖棱 (A)、小粒子(B)、坑穴边缘 (C)等部位，在电子束作用下将产生高得多的二次电子信号强度，异常的亮。