背反射电子的应用透射电镜的知识分享（1）|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

透射电镜的知识分享（1）

电子束与固体样品的相互作用

具有高能量的入射电子束与固体样品的原子核及核外电子发生作用后，可产生多种物理信号如图1所示。

图1 电子束和固体样品表面作用时的物理现象

背射电子

背射电子是指被固体样品原子反射回来的一部分入射电子，其中包括弹性背反射电子和非弹性背反射电子。弹性背反射电子是指被样品中原子反弹回来的，散射角大于90度的那些入射电子，其能量基本上没有变化（能量为数千到数万电子伏）。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

。非弹性背反射电子的能量范围很宽，从数十电子伏到数千电子伏。从数量上看，弹性背反射电子远比非弹性背反射电子所占的份额多。背反射电子的产生范围在100nm-1m m深度，如图2所示。背反射电子产额和二次电子产额与原子序束的关系背反射电子束成像分辨率一般为50-200nm（与电子束斑直径相当）。背反射电子的产额随原子序数的增加而增加（右图），所以，利用背反射电子作为成像信号不仅能分析新貌特征，也可以用来显示原子序数衬度，定性进行成分分析。

图2 电子束在试样中的散射示意图

二次电子

二次电子是指被入射电子轰击出来的核外电子。由于原子核和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，可脱离原子成为自由电子。如果这种散射过程发生在比较接近样品表层处，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。二次电子来自表面5-10nm的区域，能量为0-50eV。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，它主要取决与表面形貌。

特征X射线

特征X射线试原子的内层电子受到激发以后在能级跃迁过程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电磁波辐射。 X射线一般在试样的500nm-5mm深处发出。

俄歇电子

如果原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量不是以X射线的形式释放而是用该能量将核外另一电子打出，脱离原子变为二次电子，这种二次电子叫做俄歇电子。因每一种原子都由自己特定的壳层能量，所以它们的俄歇电子能量也各有特征值，能量在50-1500eV范围内。俄歇电子是由试样表面极有限的几个原子层中发出的，这说明俄歇电子信号适用与表层化学成分分析。

涨知识了，扫描电子显微镜的用途原来这么多

扫描电子显微镜是一种全自动的、非破坏性的显微分析系统，可针对无机材料和部分有机材料，迅速提供在统计学上可靠且可重复的矿物学、岩相学和冶金学数据，在采矿业，可用于矿产勘查、矿石表征和选矿工艺优化，在石油和天然气行业，钻屑和岩心样品的显微镜分析降低了风险，提高了采收率。煤炭工业中，该系统可用于对煤、煤粉和煤燃烧产物进行自动分析，以更好地了解煤的燃烧和废弃物的利用。

由于高能电子与材料的相互作用，在样品上产生各种信息，如二次电子、背反射电子、X射线、阴极发光、吸收电子和透射电子等。由于从样品中获得的各种信息的强度和分布与诸如表面形态、成分、晶体取向以及表面状态的一些物理性质(如电学性质、磁学性质等)，因此，通过接收和处理这些信息，可以获得表征样品形貌的扫描电子图像，或进行晶体学分析或成分分析。应用中，很多都集中在半导体器件和集成电路上。能详细检查设备工作时局部表面电压变化的实际情况。这是因为这种变化会带来图像对比度、焊接开裂和腐蚀等方面的变化。表面的细节或关系可以很容易地观察到。它的电畴的观察是通过化学蚀刻样品的表面提前实现的。由于不同极性的畴被腐蚀的程度不同，可以使用腐蚀剂在铁电体表面形成不均匀的区域，以便在显微镜下观察。因此，可以预先对样品表面进行化学刻蚀，并利用扫描电子显微镜图像中的黑白对比度来确定不同取向的电畴结构。针对不同的铁电晶体，选择合适的刻蚀剂种类、浓度、刻蚀时间和刻蚀温度，可以得到良好的畴结构。观察到的PLZT材料的90°电畴。与其他设备的组合以实现多种分析功能。

扫描电镜的优点

(一) 能够直接观察样品表面结构(二) 样品制备简单，无需切割(三) 样品可以在样品室内进行三维平移和旋转，因此可以从各种角度对样品进行观察(四) 大景深，丰富的立体图像。扫描电子显微镜的景深比光学显微镜大几百倍，比透射电子显微镜大几十倍。(五) 图像具有较宽的放大范围和相对较高的分辨率。可以放大十倍到几十万倍。基本涵盖了从放大镜、光学显微镜到透射电子显微镜的放大范围。分辨率介于光学显微镜和透射电子显微镜之间，可达3nm。(六) 电子束对样品的损伤和污染较小。(七) 在观察形貌的同时，样品发出的其他信号也可用于微区成分分析