扫描电子显微镜课件.ppt

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1、扫描电镜显微分析、电子探针概述电子与固体试样的交互作用扫描电镜电子探针概述电子探针是电子探针X射线显微分析仪的简称，英文缩写为EPMA或EMA(ElectronprobeX-raymicro-analyser)，扫描电子显微境英文缩写为SEM（ScanningElectronMicroscope）。这两种仪器是分别发展起来的，但现在的EPMA都具有SEM的图像观察、分析功能，SEM也具有EPMA的成分分析功能，这两种仪器的基本构造、分析原理及功能日趋相同。特别是现代能谱仪，英文缩写为EDS（EnergyDispersiveSpect

2、rometer），也有人写为EDX（EnergyDispersiveX-raySpectrometer）。EDS与SEM组合时，不但可以进行较准确的成分分析，而且一般都具有很强的图像分析和图像处理功能。由于EDS分析速度快等特点，现在EPMA通常也与EDS组合。EPMA和SEM都是用聚焦得很细的电子束照射被检测的试样表面，用X射线能谱仪或波谱仪，测量电子与试样相互作用所产生的特征X射线的波长与强度，从而对微小区域所含元素进行定性或定量分析，并可以用二次电子或背散射电子等信息进行形貌观察。是现代固体材料显微分析(微区成份、形貌和结构分

3、析)的最有用仪器，应用十分广泛。电子探针和扫描电镜都是用计算机控制分析过程和进行数据处理，并可进行彩色图像处理和图像分析工作，所以是一种现代化的大型综合分析仪。据2003年不完全统计，国内各种型号的电子探针和扫描电镜超过2000台，分布在各个领域。电子与固体试样的交互作用一束细聚焦的电子束轰击试样表面时，入射电子与试样的原子核和核外电子将产生弹性或非弹性散射作用，并激发出反映试样形貌、结构和组成的各种信息，有：二次电子、背散射电子、阴极发光、特征X射线、俄歇过程和俄歇电子、吸收电子等。样　　品入射电子Auger电子阴极发光背散射电子

4、二次电子X射线透射电子二次电子入射电子与样品相互作用后，使样品原子较外层电子（价带或导带电子）电离产生的电子，称二次电子。二次电子能量比较低，习惯上把能量小于50eV电子统称为二次电子。二次电子能量低，仅在样品表面5nm－10nm的深度内才能逸出表面，这是二次电子分辨率高的重要原因之一。背散射电子背散射电子是指入射电子与样品相互作用(弹性和非弹性散射)之后，再次逸出样品表面的高能电子，其能量接近于入射电子能量(E。)。背散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样品的化学组成有关，即与组成样品的各元素平均原

5、子序数有关背散射电子的信号强度I与原子序数Z的关系为式中Z为原子序数，C为百分含量(Wt%)。背散射电子与二次电子的信号强度与Z的关系结　　论二次电子信号在原序数Z>20后，其信号强度随Z变化很小。用背散射电子像可以观察未腐蚀样品的抛光面元素分布或相分布，并可确定元素定性、定量分析点。特征X射线高能电子入射到试样时，试样中元素的原子内壳层(如K、L壳层)电子将被激发到较高能量的外壳层，如L或M层，或直接将内壳层电子激发到原子外，使该原子系统的能量升高——激发态。这种高能量态是不稳定的，原子较外层电子将迅速跃迁到有空位的内壳层，以填

6、补空位降低原子系统的总能量，并以特征X射线或Auger电子的方式释放出多余的能量。由于入射电子的能量及分析的元素不同，会产生不同线系的特征X射线，如K线系、L线系、M线系。如果原子的K层电子被激发，L3层电子向K层跃迁，所产生的特征X射线称Kα1，M层电子向K层跃迁产生的X射线称Kβ电子探针和扫描电镜用WDS或EDS的定性和定量分析时，就是利用电子束轰击试样所产生的特征X射线。每一个元素都有一个特征X射线波长与之对应，不同元素分析时用不同线系，轻元素用Ka线系，中等原子序数元素用Ka或La线系，一些重元素常用Ma线系。入射到试样表面

7、的电子束能量，必须超过相应元素的相应壳层电子的临界激发能Ve，电子束加速电压V0＝（2—3）×Ve时，产生的特征X射线强度较高，根据所分析的元素不同，V0通常用10kV－30kV。特征X射线能级图俄歇过程和俄歇电子当一束电子﹑离子﹑光子或者其它入射源照射在固体表层时,表层原子某一芯层K能级上的一个电子受入射粒子撞击后飞离该能级，原子由基态进入受激状态。原子的退激过程包含着下述一种非辐射过程(见图7.1)。即:由不在同一芯层L能级上的一个电子跃迁，去填补受激后在K层初次产生的空穴；多余的能量诱发能级等同或低于填补电子原来所在L能级上的

8、另一个电子发射。原子处于退激后的状态。这种非辐射过程被命名为俄歇过程。退激过程发射的电子就是俄歇电子。俄歇过程和俄歇电子俄歇电子的特点是：具有特征动能，动能的大小取决于原子内有关芯层结合能的强弱。俄歇电子的特征动能具有类似于指纹鉴定的