材料组织结构的表征 复习思考题答案.pdf

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1、1.高能电子与固体样品相互作用产生哪些主要物理信号，它们分别用于什么仪器和装置，并比较这些信号成像的分辨率。（课件第一章p17）①背散射电子。背散射电于是指被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子。其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。背散射电子的产生范围深，由于背散射电子的产额随原子序数的增加而增加，所以，利用背散射电子作为成像信号不仅能分析形貌特征，也可用来显示原子序数衬度，定性地进行成分分析。②二次电子。二次电子是指被入射电子轰击出来的核外电子。二次电子来自表面50-500Å的区域，能量为0-50eV。它对试样表面状态非常敏感，能有效地显示试样表面的微观形貌。③吸收电子。入射

2、电子进入样品后，经多次非弹性散射，能量损失殆尽（假定样品有足够厚度，没有透射电子产生），最后被样品吸收。若在样品和地之间接入一个高灵敏度的电流表，就可以测得样品对地的信号。若把吸收电子信号作为调制图像的信号，则其衬度与二次电子像和背散射电子像的反差是互补的。④透射电子。如果样品厚度小于入射电子的有效穿透深度，那么就会有相当数量的入射电子能够穿过薄样品而成为透射电子。样品下方检测到的透射电子信号中，除了有能量与入射电子相当的弹性散射电子外，还有各种不同能量损失的非弹性散射电子。其中有些待征能量损失E的非弹性散射电子和分析区域的成分有关，因此，可以用特征能量损失电子配合电子能量分析器来进行微区

3、成分分析。⑤特征X射线。特征X射线是原子的内层电子受到激发以后，在能级跃迁过程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电磁波辐射。如果用X射线探测器测到了样品微区中存在某一特征波长，就可以判定该微区中存在的相应元素。⑥俄歇电子。如果原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量E不以X射线的形式释放，而是用该能量将核外另一电子打出，脱离原子变为二次电子，这种二次电子叫做俄歇电子。俄歇电子是由试样表面极有限的几个原于层中发出的，这说明俄歇电子信号适用于表层化学成分分析。（相当于二次电子）二次电子，小于50eV，大部分在2~3eV；背散射电子，大于50eV；吸收电子，不能逸出样品表面的电子；特征X射线，

4、(0.1keV-14keV)透射电子,弹性散射，等于或接近入射电子能量背散射电子，二次电子和透射电子，主要应用于扫描电镜和透射电镜，特征X射线可应用于X射线波谱仪、能谱仪，电子探针等，俄歇电子可应用于俄歇电子能谱仪，吸收电子也可应用于扫描电镜，形成吸收电子像。背散射电子能量很高，穿透能力比二次电子强得多，可以从样品较深的区域逸出（约为有效穿透深度的30％左右）。在这样的深度范围，入射电子已经有了相当宽度的侧向扩展。在样品上方检测到的背散射电子是来自比二次电子大得多的体积，所以背散射电子像分辨率要比二次电子像低，一般在50～200nm左右。至于吸收电子、X射线信号来自整个电子激发体积，使所得

5、到的扫描像的分辨率更低，一般在100nm或lµm以上。信号二次电子背散射电子吸收电子特征x射线俄歇电子分辨率相当于束斑直径50-200100-1000100-1000相当于束斑直径2.钨灯丝、LaB6、场发射三种电子枪的优缺点。钨丝：亮度最小，价格便宜，电子能量散布为2.3eV，分辨率较差LaB6灯丝：亮度比钨丝佳，价格中等，电子能量散布为1.5eV，分辨率中等，使用寿命较长，须保持较高真空度场发射式电子枪：亮度最佳，价格较高，电子能量散布为0.3eV，分辨率最好，使用寿命最长，须保持较高真空度3.电磁透镜的球差、像散和色差是如何产生的，怎样来减小这些像差的影响。（书p206）答：1，球差

6、是由于电磁透镜磁场的近轴区与远轴区对电子束的会聚能力的不同而造成的。一个物点散射的电子束经过具有球差的电磁透镜后并不聚在一点，所以像平面上得到一个弥散圆斑，在某一位置可获得最小的弥散圆斑，称为“最小散焦斑”。还原到物平面上，3r则半径为rs=1/4Csαs为半径，Cs为透镜的球差系数，α为透镜的孔径半角。所以减小透镜的孔径半角可减少球差（决定分辨率的像差因素）。2，色差是由于成像电子波长(或能量)变化引起电磁透镜焦距变化而产生的一种像差。一个物点散射的具有不同波长的电子，进入透镜磁场后将沿各自的轨道运动，结果不能聚焦在一个像点上，而分别交在一定的轴向范围内，形成最小色差散焦斑，半径为rc=

7、Ccα

8、△E/E

9、,Cc为透镜色差系数，α为透镜孔径半角，△E/E为成像电子束能量变化率。所以减小△E/E(稳定加速电压)、α可减小色差。（减小样品厚度，保持电流稳定）3，像散是由于透镜的磁场非旋转对称引起的一种缺陷。经过透镜磁场后不能聚焦在一个像点，而交在一定的轴向距离上。在该轴向距rf离内也存在一个最小散焦斑，称为像散散焦斑，半径AA。像散是像差中对电子显微镜获得高分辨本领有严重影响的缺陷，但它能通过消像散器