电子与物质的相互作用

电子与物质的相互作用第1页，课件共28页，创作于2023年2月引言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，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。同时，也可产生电子-空穴对、晶格振动

（声子）、电子振荡（等离子体）。原则上讲，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、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等。

第2页，课件共28页，创作于2023年2月电子束与固体样品作用时产生的信号第3页，课件共28页，创作于2023年2月

一.二次电子产生：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。2.

特点：⑴能量较低（<50eV）；⑵一般在表层5~10nm深度范围内发射出来，对样品表面形貌非常敏感。

(3)与原子序数无关，不能做成份分析3.

作用：样品表面形貌分析。第4页，课件共28页，创作于2023年2月二次电子成像原理①二次电子能量较低，只能从样品表面层5~10nm深度范围内激发出来；②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；③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。

第5页，课件共28页，创作于2023年2月第6页，课件共28页，创作于2023年2月第7页，课件共28页，创作于2023年2月第8页，课件共28页，创作于2023年2月第9页，课件共28页，创作于2023年2月

二.背散射电子产生：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。

包括：弹性背散射电子——被样品中原子核反弹回来的入射电子，能量基本没有损失，能量很高。

非弹性背散射电子——被样品中核外电子撞击后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子。第10页，课件共28页，创作于2023年2月特点：背散射电子来自样品表层几百纳米(50～1000nm)的深度范围，其产额能随样品原子序数的增大而增多。作用：不仅能做形貌分析，还可定性作成分分析。第11页，课件共28页，创作于2023年2月背散射电子形貌衬度特点（与二次电子形貌像的区别）⑴分辨率远比二次电子低；⑵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。

第12页，课件共28页，创作于2023年2月⑶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。第13页，课件共28页，创作于2023年2月第14页，课件共28页，创作于2023年2月2.背散射电子原子序数衬度原理⑴原子序数衬度：是利用对样品微区原子序数或化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。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X射线、俄歇电子等。第15页，课件共28页，创作于2023年2月⑵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，样品上原子序数较高的区域，产生较强的信号，荧光屏上图像较亮，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化学成分的半定性分析。第16页，课件共28页，创作于2023年2月背散射电子产额第17页，课件共28页，创作于2023年2月两种图像的对比锡铅镀层的表面图像（a）二次电子图像（b）背散射电子图像第18页，课件共28页，创作于2023年2月两种图像的对比铝钴镍合金二次电子照片铝钴镍合金背散射电子照片第19页，课件共28页，创作于2023年2月三.吸收电子1.产生：入射电子多次非弹性散射后能量消失，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。入射电子的电流强度=（无透射电子时）逸出表面的背散射电子的电流强度+二次电子电流强度+吸收电子的电流强度第20页，课件共28页，创作于2023年2月特点：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，吸收电子的数量就较少；反之亦然。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分析。3.作用：定性微区成分分析。第21页，课件共28页，创作于2023年2月吸收电子成像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，故吸收电子像和背散射电子像衬度刚好相反，也可进行成分分析。第22页，课件共28页，创作于2023年2月第23页，课件共28页，创作于2023年2月

四.透射电子产生：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，入射电子强度（i）=背散射电子i+二次电子强度i+吸收电子i+透射电子i第24页，课件共28页，创作于2023年2月特点：⑴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。

⑵随样品厚度增加（质量厚度ρt），透射电子数目减小，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。3.作用：配合电子能量分析器来进行微区成分分析。第25页，课件共28页，创作于2023年2月

五.特征X射线产生：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X射线。2.特点：反映了样品中原子序数特征。3.应用：微区成分分析（元素）。第26页，课件共28页，创作于2023年2月

六.俄歇电子产生：入射电子激发样品的特征X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X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束缚而逃离出来，这个被电离的电子称为俄歇电子。特征：⑴俄歇电子能量很低，并且具有反映原子序数的特征能量；⑵