材料研究方法B课件:第2章 电子束与物质作用产生的信号(第一章).ppt
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- 材料研究方法B课件:第2章 电子束与物质作用产生的信号第一章 材料 研究 方法 课件 电子束 物质 作用 产生 信号 第一章
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1、中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) )材化材化学院学院The Faculty of Material Science & Chemistry ,China University of Geosciences2第二章 电子束与物质作用产生的信号第三章 扫描电子显微镜的结构及工作原理 第四章 扫描电子显微镜的操作与应用主要内容第一章 电子光学基础3第二章第二章 电子束与物质作用产生的信号电子束与物质作用产生的信号4 只有了解上述物理信息的产生原理及只有了解上述物理信息的产生原理及所代表的含义,才能设法检测它们、利用所代表的含义,才能设法检测它们、利用它们。它们。l 扫描电子显微镜扫描电子显微
2、镜 (SEM)(SEM)l 透射电子显微镜透射电子显微镜 (TEM)(TEM)l 电子探针电子探针 (EPMA)(EPMA) 分别侧重于对上述某一方面或几方面分别侧重于对上述某一方面或几方面的信息进行测量分析的。的信息进行测量分析的。52.1 2.1 二次电子及其成像二次电子及其成像钛酸铋钠粉体的六面体形貌钛酸铋钠粉体的六面体形貌 2000020000绿泥石绿泥石1 1、二次电子的产生原理、二次电子的产生原理u 二次电子是指被入射电子轰击出来的样品中二次电子是指被入射电子轰击出来的样品中原子的核外电子原子的核外电子。u由于原子核外层价电子间的结合能很小,由于原子核外层价电子间的结合能很小,当原
3、子的核外电子从入射电子获得了大于相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,即可脱离原子核变成应的结合能的能量后,即可脱离原子核变成自由电子。自由电子。6u那些能量大于那些能量大于材料逸出功材料逸出功的自由电子可从样的自由电子可从样品表面逸出,变成真空中的自由电子,即品表面逸出,变成真空中的自由电子,即二次电二次电子子。78(1 1)二次电子发生在材料表面二次电子发生在材料表面5-10nm5-10nm的的区域,能量为区域,能量为0-50eV0-50eV,大部分为,大部分为2 23eV3eV。 因为只有在这个深度范围,由于入射因为只有在这个深度范围,由于入射电子激发而产生的自由电
4、子,才具有足够电子激发而产生的自由电子,才具有足够的能量,克服材料表面的势垒,从样品中的能量,克服材料表面的势垒,从样品中发射出来,成为二次电子。发射出来,成为二次电子。2 2、二次电子的特点、二次电子的特点 (2 2) 二次电子产额:二次电子产额:二次电子产额与以下三个因素有关:二次电子产额与以下三个因素有关:a a、样品的成分、样品的成分不同元素发射二次电子的能力不同,不过这个不同元素发射二次电子的能力不同,不过这个差别较小。差别较小。9 b b、入射电子的能量与加速电压、入射电子的能量与加速电压10所以,二次电子发射率的最高值出现在入射电子特定能所以,二次电子发射率的最高值出现在入射电子
5、特定能量的电压上。量的电压上。11 c、入射电子束与试样表面法线之间的夹角、入射电子束与试样表面法线之间的夹角入射电子束与试样表面法线之间的夹角满足以下关系:入射电子束与试样表面法线之间的夹角满足以下关系: k/cos :二次电子产额;:二次电子产额; k :比例常数:比例常数 :电子束与试样表面法线之间的夹角:电子束与试样表面法线之间的夹角可见,入射电子束与试样法线之间的夹角越大,可见,入射电子束与试样法线之间的夹角越大,二次电子产额也越大。二次电子产额也越大。12Why?13产生上述规律的原因:产生上述规律的原因:I.I.随着随着角的增加角的增加, ,入射电子束在样品表层范围入射电子束在样
6、品表层范围内运动的总轨迹增长,引起价电子电离的机会内运动的总轨迹增长,引起价电子电离的机会增多,产生二次电子数量就增加;增多,产生二次电子数量就增加;10nms1s2s3= 0= 30= 60S=d/cos ,s1s220后,其信号强度随Z变化很小。 (2)背散射电子产额Z40的范围内,背散射电子的产额对原子序数十分敏感。26背射电子的产额随样品的原子序数增大而背射电子的产额随样品的原子序数增大而增加,所以背散射电子信号的强度与增加,所以背散射电子信号的强度与样品的化样品的化学组成学组成有关,即与组成样品的各元素有关,即与组成样品的各元素平均原子平均原子序数序数有关。有关。iiizcZ4332
7、ZI背散射电子的信号强度背散射电子的信号强度I I与原子序数与原子序数Z Z的关系为的关系为: :式中式中Z Z为原子序数,为原子序数,C C为百分含量为百分含量(Wt%)(Wt%)。27SiOSiO2 2和和SnOSnO2 2,前者的平均原子序数,前者的平均原子序数为为15.315.3,后者的为,后者的为27.327.3,因此后者的背散,因此后者的背散射强度明显大于前者。射强度明显大于前者。 Example 因此不同的物质相也具有不同的背散因此不同的物质相也具有不同的背散射能力,用背散射电子的测量亦可以大射能力,用背散射电子的测量亦可以大致的确定材料中致的确定材料中物质相态的差别物质相态的差
8、别。 背散射电子像亦称为成分像。背散射电子像亦称为成分像。2 2、背散射电子成像原理、背散射电子成像原理( (原子序数衬度原理)原子序数衬度原理)样品表面上平均原子序数大的部位产生较强的样品表面上平均原子序数大的部位产生较强的背散射电子信号,形成较亮的区域;而平均原子序背散射电子信号,形成较亮的区域;而平均原子序数较低的部位则产生较少的背散射电子,在荧光屏数较低的部位则产生较少的背散射电子,在荧光屏上或照片上就是较暗的区域,这样就形成上或照片上就是较暗的区域,这样就形成原子序数原子序数衬度衬度。2829 另外,背散射电子也可以用来显示形貌衬度,但是用背散射信号进行形貌分析时,其分辨率远比二次电
9、子低。 背散射电子能量较高,以直线轨迹逸出样品表面,对于背向检测器的样品表面,因检测器无法收集到背散射电子,而掩盖了许多有用的细节;所以背散射电子像也被称为有影像; 背散射电子信号强度要比二次电子低的多,所以粗糙表面的原子序数衬度往往被形貌衬度所掩盖。 背散射电子成像背散射电子成像分辨率一般为分辨率一般为50-200nm50-200nm。303 3、背散射电子像、背散射电子像An image of a (Cu,Al) alloy formed using backscattered electron imaging. The light area is Cu and the dark area
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