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1、2020/8/30,第二篇 電子顯微分析技術(shù),材料現(xiàn)代分析技術(shù)課程建設(shè)小組,1. 電子與物質(zhì)的交互作用,1.1 散射的基本概念 1.2 高能電子與樣品物質(zhì)交互作用產(chǎn)生的電子信息,1.1 散射的基本概念,電子：是一種帶負(fù)電的基本粒子 靜止質(zhì)量me=9.110 x10-31kg 電量q=-e (e=1.602*10-19C ),散射：當(dāng)一束聚焦電子沿一定方向射到樣品上時(shí)，在樣品物質(zhì)原子的庫(kù)侖電場(chǎng)作用下，入射電子方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。,1.1 散射的基本概念,彈性散射:電子只改變運(yùn)動(dòng)方向，基本無(wú)能量變化。 非彈性散射--原子對(duì)入射電子的散射 電子不僅改變運(yùn)動(dòng)方向，能量也有不同程度衰減。被散射電子的
2、波長(zhǎng)改變，損失的能量導(dǎo)致物體內(nèi)部的某些激發(fā)效應(yīng)，其表現(xiàn)形式可以是次級(jí)電子、俄歇電子、標(biāo)識(shí)和連續(xù) X射線、熱輻射、紫外和可見(jiàn)光區(qū)域的光子等，也可以是等離子體激元的激發(fā)。,1.1 散射的基本概念,彈性散射,彈性散射,一個(gè)運(yùn)動(dòng)的電子靠近孤立的原子核時(shí)，由于庫(kù)侖力的作用，電子將向核方向偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角--， 的大小取決于rn 的大小,彈性散射,核質(zhì)量電子的質(zhì)量，此偏轉(zhuǎn)可視為彈性散射，則偏轉(zhuǎn)角稱為散射角 在(rn)2 圓面積內(nèi)的散射，散射角 ，稱(rn)2 為散射角大于的核彈性散射截面 彈性散射是電子衍射及成像的基礎(chǔ),核外電子的非彈性散射,一個(gè)運(yùn)動(dòng)的電子靠近孤立的電子時(shí)，由于庫(kù)侖力的排斥作用，電子將向反方向
3、偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角--，的大小取決于re 的大小,非彈性散射,核外電子的非彈性散射,電子質(zhì)量=電子的質(zhì)量，電子偏轉(zhuǎn)時(shí)有能量的變化，此偏轉(zhuǎn)可視為非彈性散射。 在(re)2 圓面積內(nèi)的散射，散射角，稱(re)2 為散射角大于的非彈性散射截面。,核外電子的非彈性散射,原子中核外電子對(duì)入射電子的散射所損失的能量部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔糠质刮镔|(zhì)中原子發(fā)生電離或形成自由載流子，并伴隨著產(chǎn)生各種有用信息，如二次電子、俄歇電子、特征X射線、特征能量損失電子、陰極發(fā)光、電子感生電導(dǎo)等,1.2 高能電子與樣品物質(zhì)交互作用產(chǎn)生的電子信息,（1）背散射電子,定義：入射電子在試樣內(nèi)經(jīng)過(guò)一次或幾次大角度彈性散射或非彈性散射后離開試樣表
4、面的電子。,（1）背散射電子,背散射電子的產(chǎn)生范圍在0.11m，這是由于背散射電子具有較高的能量，所以可在試樣較深部位散射出試樣表面。 背散射電子的產(chǎn)額隨試樣原子序數(shù)的增加而增加。,（1）背散射電子,背散射電子在試樣內(nèi)部接近完全擴(kuò)散，其廣度較入射電子束直徑大若干倍，它可從試樣較深部位逸出。 特點(diǎn)： 1：對(duì)樣品物質(zhì)的原子序數(shù)敏感 2：分辨率及信號(hào)收集率較低,（2）二次電子,定義： 在入射電子的轟擊下被迫離開試樣表面的試樣的核外電子。,（2）二次電子,二次電子的能量小于50 eV，所以只有試樣表層下510nm范圍內(nèi)激發(fā)出的二次電子，才有可能逸出試樣表面 二次電子發(fā)射的廣度與入射電子束直徑相差無(wú)幾，
5、它對(duì)試樣表面形貌敏感 主要用于顯示試樣的表面形貌,（3）吸收電子,定義：入射電子射入試樣后，經(jīng)多次非彈性散射后能量消耗殆盡而形成吸收電子被試樣吸收,（3）吸收電子,在試樣和地之間接入mA計(jì)進(jìn)行放大，可檢出吸收電子產(chǎn)生的電流 吸收電子像用于顯示樣品表面形貌和樣品表面元素分布狀態(tài) 用吸收電流成像，同樣可以得到原子序數(shù)不同的元素在樣品上各微區(qū)定性的分布情況。 圖像的襯度正好與背散射電子圖像相反,（4）特征X射線,當(dāng)試樣內(nèi)原子核外的內(nèi)層電子被激發(fā)時(shí)，外層電子躍遷而填補(bǔ)內(nèi)層空位時(shí)就會(huì) 釋放特征X射線。,（4）特征X射線,特征X射線一般在試樣內(nèi)的500nm-5000nm深處發(fā)生 用X射線探測(cè)器探測(cè)表面微區(qū)
6、存在的相應(yīng)元素,（5）俄歇電子,定義：入射電子在激發(fā)特征X射線過(guò)程中，若試樣中原子核外內(nèi)層電子被激發(fā)，外層電子躍遷填補(bǔ)內(nèi)層空位時(shí)能量的釋放將相鄰的電子激發(fā)出去。,（5）俄歇電子,俄歇電子的能量在501500eV范圍內(nèi)，只有在距離表面1nm左右范圍內(nèi)的俄歇電子才能逸出表面 適用于做表面成分分析,如果樣品是薄膜，例如厚度為幾十至幾百納米，比入射電子的有效穿透深度小得多，就會(huì)有相當(dāng)數(shù)量的入射電子穿透樣品。 電子的透射率隨散射體厚度的增加而減小,（6）透射電子,質(zhì)厚襯度效應(yīng),樣品上的不同微區(qū)無(wú)論是質(zhì)量還是厚度的差別，均可引起相應(yīng)區(qū)域透射電子強(qiáng)度的的改變，從而在圖像上形成亮暗不同的區(qū)域。,由電子束穿過(guò)非晶體試樣各點(diǎn)的厚度不同而產(chǎn)生的 由重金屬原子投影非晶體試樣引起的質(zhì)量差異而產(chǎn)生的,質(zhì)厚襯度效應(yīng),入射電子束通常都是波長(zhǎng)恒定的單色平面波，照射到晶體樣品上時(shí)會(huì)與晶體物質(zhì)發(fā)生彈性相干散射，使之在一些特定的方向由于相位相同而加強(qiáng)，但在其他方向卻減弱，這種現(xiàn)象稱為衍射。 由布拉格方程： d樣品晶體的晶面間距；入射電子波長(zhǎng)； 入射束與晶面的掠射角,衍射效應(yīng),衍射襯度效應(yīng),由于試樣各晶面相對(duì)入射束的取向不同而引起的 衍射強(qiáng)度的差異,
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