1、1第五章 掃描電子顯微鏡 概述 電子束與樣品作用時產生的信號 掃描電子顯微鏡的構造和工作原理 掃描電子顯微鏡的主要性能 表面形貌襯度及其應用 原子序數襯度原理及其應用2掃描電子顯微鏡外觀圖3概述 掃描電子顯微鏡的成像原理和透射電子顯微鏡完全不同。它不用電磁透鏡放大成像，而是以類似電視攝影顯像的方式，利用細聚焦電子束在樣品表面掃描時激發出來的各種物理信號來調制成像的。 掃描電子顯微鏡的二次電子像的分辨率為3-4nm，放大倍數可從數倍原位放大到20萬倍左右。 掃描電子顯微鏡的的景深很大，可以用它進行顯微斷口分析。 用掃描電子顯微鏡的觀察斷口時，樣品不必復制，可直接進行觀察。 掃描電子顯微鏡可以和其

2、它分析儀器組合，能在同一臺儀器上進行形貌、微區成分和晶體結構等多種微觀組織結構信息的同步分析。 4電子束與樣品作用時產生的信號 樣品在電子束的轟擊下會產生各種信號： 背散射電子 二次電子 吸收電子 透射電子 特征X射線 俄歇電子 其它5電子束在試樣中散射示意圖6背散射電子 是入射電子在試樣中受原子核盧瑟福散射而形成的大角度散射電子。能量損失很小，其能量值接近入射電子能量，可達數千到數萬電子伏。 背散射電子來自樣品表層幾百納米的深度范圍，由于入射電子進入試樣較深，入射電子束已被散射開，因此電子束斑直徑比二次電子的束斑直徑要大，故背散射電子成像分辨率較低，一般在50-200nm。 背散射電子的強度

3、與試樣的原子序數由密切關系。背散射電子的產額隨原子序數的增加而增加。 背散射電子的成像襯度主要與試樣的原子序數有關，與表面形貌也有一定的關系。因此既可用作形貌分析，也可用來顯示原子序數襯度，定性地用作成分分析。 7二次電子 是從表面5-10 nm層內發射出來的，能量0-50電子伏。 二次電子對試樣表面狀態非常敏感，能非常有效地顯示試樣表面的微觀形貌。 二次電子的空間分辨率較高， 一般可達5-10 nm。 二次電子的產額隨原子序數 的變化不如背散射電子那么 明顯。如圖示。8吸收電子 入射電子中一部分與試樣作用后能量損失殆盡，不能再逸出表面，這部分就是吸收電子。若在樣品和地之間接入一個高靈敏度的電

4、流表，就可以測得樣品對地的信號，這個信號是由吸收電子提供的，它所成的圖像就是樣品的電流像。 假定入射電子電流強度為i0，背散射電子流強度為ib，二次電子流強度為is，則吸收電子產生的電流強度為ia= i0-（ib+is）。可見，若逸出表面的背散射電子和二次電子數量越少，則吸收電子信號強度越大。其襯度恰好和背散射電子或二次電子信號調制的圖像襯度相反。 吸收電子能產生原子序數襯度，可以用來進行定性的微區成分分析。9透射電子 這里所指的透射電子是采用掃描透射操作方式對薄樣品成像和微區成分分析時形成的透射電子。這種透射電子是由直徑很小（10nm）的高能電子束照射薄樣品時產生的，因此，透射電子信號是由微

5、區的厚度、成分和晶體結構決定的。 配合電子能量分析器可進行微區成分分析。 10特征X射線 當樣品原子的內層電子被入射電子激發或電離時，原子就會處于能量較高的激發狀態，此時外層電子將向內層躍遷以填補內層電子空缺，從而使具有特征能量的X射線釋放出來。 根據莫塞萊定律，=1/（z-）2，可進行成分分析。 X射線一般在試樣的 500nm-5m范圍內 發出。 11俄歇電子 在入射電子激發樣品的特征X射線過程中，如果釋放出來的能量并不以X射線的形式發射出去，而是用這部分能量把空位層內的另一個電子發射出去，這個被電離出來的電子稱為俄歇電子。 俄歇電子的能量很低，一般為50-1500eV 。 只有在距離表層1nm左右范圍內（即幾個原子層厚度）逸