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1、电子与物质的相互作用现在学习的是第1页，共28页电子显微镜的制造是依据电子与物质的相互作用。当电子显微镜的制造是依据电子与物质的相互作用。当一束高能的入射电子轰击物质表面时，被激发的区域一束高能的入射电子轰击物质表面时，被激发的区域将产生将产生二次电子二次电子、俄歇电子俄歇电子、特征特征x x射线射线和和连续谱连续谱X X射射线线、背散射电子背散射电子、透射电子透射电子，以及在可见、紫外、红，以及在可见、紫外、红外光区域产生的外光区域产生的电磁辐射电磁辐射。同时，也可产生。同时，也可产生电子电子-空穴空穴对对、晶格振动晶格振动 （声子）（声子）、电子振荡电子振荡 （等离子体）（等离子体）。原原
2、则上讲，则上讲，利用电子和物质的相互作用，可以获取被测样利用电子和物质的相互作用，可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等。晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等。现在学习的是第2页，共28页现在学习的是第3页，共28页 一一.二次电子二次电子1.产生产生：入射电子束轰击出来并离开样品表面的：入射电子束轰击出来并离开样品表面的 样品中的核外电子样品中的核外电子。2.特点特点：能量较低（能量较低（50eV）；）；一般在一般在表层表层510nm深度范围内深度范围内 发射出来，对样品表面形貌非
3、常敏感。发射出来，对样品表面形貌非常敏感。(3)(3)与原子序数无关，不能做成份分析与原子序数无关，不能做成份分析 3.作用作用：样品表面形貌分析。：样品表面形貌分析。现在学习的是第4页，共28页二次电子成像原理二次电子成像原理二次电子能量较低，只能从样品表面层二次电子能量较低，只能从样品表面层510nm深度范深度范围内激发出来；围内激发出来；其数量和原子序数没有明显的关系，但对微区表面的其数量和原子序数没有明显的关系，但对微区表面的形状十分敏感；形状十分敏感；样品上凸出的尖棱、小粒子以及比较陡的斜面处二次样品上凸出的尖棱、小粒子以及比较陡的斜面处二次电子的产额较多，在荧光屏上亮度较大，平面上
4、二次电电子的产额较多，在荧光屏上亮度较大，平面上二次电子产额较小，亮度较低；在深的凹槽底部虽然也能产生子产额较小，亮度较低；在深的凹槽底部虽然也能产生较多的二次电子，但这些二次电子不易被检测器收集到，较多的二次电子，但这些二次电子不易被检测器收集到，因此槽底较暗。因此槽底较暗。现在学习的是第5页，共28页现在学习的是第6页，共28页现在学习的是第7页，共28页现在学习的是第8页，共28页现在学习的是第9页，共28页 二二.背散射电子背散射电子1.产生产生：背散射电子是被固体样品中原子反弹回来的一部分：背散射电子是被固体样品中原子反弹回来的一部分 入射电子。入射电子。包括：包括：弹性背散射电子弹
5、性背散射电子被样品中被样品中原子核原子核反弹回来的入反弹回来的入 射电子，能量基本没有损失，能量很高。射电子，能量基本没有损失，能量很高。非弹性背散射电子非弹性背散射电子被样品中被样品中核外电子核外电子撞击后撞击后 产生非弹性散射的入射电子，方向和能量均发生改产生非弹性散射的入射电子，方向和能量均发生改 变，经多次散射后仍能反弹出样品表面的入射电变，经多次散射后仍能反弹出样品表面的入射电 子。子。现在学习的是第10页，共28页2.特点特点：背散射电子来自样品表层：背散射电子来自样品表层几百纳米几百纳米(501000nm)的深度范围，其产额能随样品原子序数的增的深度范围，其产额能随样品原子序数的
6、增大而增多。大而增多。3.作用作用：不仅能做形貌分析，还可定性作成分分：不仅能做形貌分析，还可定性作成分分 析。析。现在学习的是第11页，共28页背散射电子形貌衬度特点（与二次电子形貌像的区别）背散射电子形貌衬度特点（与二次电子形貌像的区别）分辨率远比二次电子低；分辨率远比二次电子低；背散射电子的能量较高，它们以直线轨迹逸出样品背散射电子的能量较高，它们以直线轨迹逸出样品表面，对于背向检测器的样品表面，因检测器无表面，对于背向检测器的样品表面，因检测器无法收集到背散射电子而变成了一片阴影，图像衬法收集到背散射电子而变成了一片阴影，图像衬度太大会失去细节的层次，不利于分析。度太大会失去细节的层次
7、，不利于分析。现在学习的是第12页，共28页而二次电子能量低，可利用检测器收集栅上加一定正电而二次电子能量低，可利用检测器收集栅上加一定正电压来吸引能量较低的二次电子，使它们以弧形路线进入闪压来吸引能量较低的二次电子，使它们以弧形路线进入闪烁体，使背向检测器的部位逸出的电子也能对成像有贡献，烁体，使背向检测器的部位逸出的电子也能对成像有贡献，使图像层次增加，细节清楚。使图像层次增加，细节清楚。现在学习的是第13页，共28页现在学习的是第14页，共28页2.背散射电子原子序数衬度原理背散射电子原子序数衬度原理 原子序数衬度原子序数衬度：是利用对样品微区原子序数或化：是利用对样品微区原子序数或化
8、学成分变化敏感的物理信号作为调制信号得到的，学成分变化敏感的物理信号作为调制信号得到的，表示微区化学成分差别的像衬度。表示微区化学成分差别的像衬度。对微区原子序数或化学成分的变化敏感信号：对微区原子序数或化学成分的变化敏感信号：背散射电子、吸收电子、特征背散射电子、吸收电子、特征X射线、俄歇电子等。射线、俄歇电子等。现在学习的是第15页，共28页 背散射电子原子序数衬度原理背散射电子原子序数衬度原理背散射电子的产额随样品原子序数的增大而增加，因而，背散射电子的产额随样品原子序数的增大而增加，因而，样品上原子序数较高的区域，产生较强的信号，荧光屏样品上原子序数较高的区域，产生较强的信号，荧光屏上
9、图像较亮，这样可以根据背散射电子像亮暗衬度来判上图像较亮，这样可以根据背散射电子像亮暗衬度来判断相应区域原子序数的相对高低，对金属及其合金进行断相应区域原子序数的相对高低，对金属及其合金进行化学成分的半定性分析。化学成分的半定性分析。现在学习的是第16页，共28页背背散散射射电电子子产产额额现在学习的是第17页，共28页两种图像的对比锡铅镀层的表面图像（a）二次电子图像（b）背散射电子图像现在学习的是第18页，共28页两种图像的对比 铝钴镍合金二次电子照片铝钴镍合金二次电子照片 铝钴镍合金背散射电子照片铝钴镍合金背散射电子照片现在学习的是第19页，共28页 三三.吸收电子吸收电子1.产生产生：
10、入射电子入射电子多次非弹性散射后能量消失，多次非弹性散射后能量消失，最后被样品吸收。最后被样品吸收。入射电子被样品吸收后也会产生电流强度。入射电子被样品吸收后也会产生电流强度。入射电子的电流强度入射电子的电流强度=（无透射电子时无透射电子时）逸出表面的背散射电子的电流强度逸出表面的背散射电子的电流强度+二次电子电流强度二次电子电流强度+吸收电子的电流强度吸收电子的电流强度现在学习的是第20页，共28页2.特点特点：样品中原子序数较大的元素产生的背散射：样品中原子序数较大的元素产生的背散射 电子的数目较多，相反，吸收电子的数量电子的数目较多，相反，吸收电子的数量 就较少；反之亦然。就较少；反之亦
11、然。因此，吸收电子也可因此，吸收电子也可 反映原子序数衬度，可进行定性微区成分反映原子序数衬度，可进行定性微区成分 分析。分析。3.作用作用：定性微区成分分析。：定性微区成分分析。现在学习的是第21页，共28页吸收电子成像吸收电子成像吸收电子原子序数衬度原理：吸收电子原子序数衬度原理：吸收电子是被样品吸收的入射电子，故其产吸收电子是被样品吸收的入射电子，故其产额与背散射电子相反，即：样品原子序数越小，额与背散射电子相反，即：样品原子序数越小，背散射电子越少，吸收电子越多，故吸收电子像背散射电子越少，吸收电子越多，故吸收电子像和背散射电子像衬度刚好相反，也可进行成分分析。和背散射电子像衬度刚好相
12、反，也可进行成分分析。现在学习的是第22页，共28页现在学习的是第23页，共28页 四四.透射电透射电子子1.产生：如果被分析的样品很薄，则有一部分入射产生：如果被分析的样品很薄，则有一部分入射 电子穿过薄样品而成为透射电子。此时，电子穿过薄样品而成为透射电子。此时，入射电子强度（入射电子强度（i）=背散射电子背散射电子i+二次电子强度二次电子强度i+吸收电子吸收电子i+透射电子透射电子i现在学习的是第24页，共28页2.特点特点：只有样品的厚度小于入射电子的有效穿入深只有样品的厚度小于入射电子的有效穿入深 度时，才会产生。度时，才会产生。随样品厚度增加（质量厚度随样品厚度增加（质量厚度t），
13、透射电），透射电 子数目减小，吸收电子数量增加，当样品厚子数目减小，吸收电子数量增加，当样品厚 度超过有效穿透深度后，无透射电子。度超过有效穿透深度后，无透射电子。3.作用作用：配合电子能量分析器来进行微区成分分析。配合电子能量分析器来进行微区成分分析。现在学习的是第25页，共28页 五五.特征特征X射线射线1.产生产生：当入射电子的能量足够大，使样品原子的内：当入射电子的能量足够大，使样品原子的内 层电子被激发或电离，此时外层电子向内层层电子被激发或电离，此时外层电子向内层 跃迁以填补内层电子的空位，从而辐射出具跃迁以填补内层电子的空位，从而辐射出具 有原子序数特征的特征有原子序数特征的特征
14、X射线。射线。2.特点特点：反映了样品中原子序数特征。：反映了样品中原子序数特征。3.应用应用：微区成分分析（元素）。：微区成分分析（元素）。现在学习的是第26页，共28页 六六.俄歇电子俄歇电子1.产生产生：入射电子激发样品的特征：入射电子激发样品的特征X射线过程中，外层电子向射线过程中，外层电子向 内层跃迁时辐射出来的能量不是以内层跃迁时辐射出来的能量不是以X射线的形式发射射线的形式发射 出去，而被外层的另一个电子吸收而摆脱原子核的出去，而被外层的另一个电子吸收而摆脱原子核的 束缚而逃离出来，这个被电离的电子称为俄歇电束缚而逃离出来，这个被电离的电子称为俄歇电 子。子。2.特征特征：俄歇电子能量很低，并且具有反映原子序数的特俄歇电子能量很低，并且具有反映原子序数的特 征能量；征能量；只有距离表面只有距离表面1nm左右范围内逸出的俄歇电子才左右范围内逸出的俄歇电子才 具备特征能量。具备特征能量。现在学习的是第27页，共28页3.作用作用：表面层成分分析。：表面层成分分析。除此之外，在固体中电子能量损失的除此之外，在固体中电子能量损失的 40%80%最终转化为热量，还有一些其他信号产生。最终转化为热量，还有一些其他信号产生。现在学习的是第28页，共28页