电子与物质的交互作用.ppt

第二篇 电子显微分析技术 材料现代分析技术课程建设小组 1. 电子与物质的交互作用 1.1 散射的基本概念 1.2 高能电子与样品物质交互作 用产生的电子信息 1.1 散射的基本概念 电子：是一种带负电的基本 粒子 静止质量me=9.110x10-31kg 电量q=-e (e=1.602*10-19C ) 散射：当一束聚焦电子沿一定方 向射到样品上时，在样品物质原子 的库仑电场作用下，入射电子方向 发生改变的现象。 1.1 散射的基本概念 弹性散射:电子只改变运动方向，基本无能 量变化。 非弹性散射-原子对入射电子的散射 电子不仅改变运动方向，能量也有不 同程度衰减。被散射电子的波长改变，损失的 能量导致物体内部的某些激发效应，其表现形 式可以是次级电子、俄歇电子、标识和连续 X 射线、热辐射、紫外和可见光区域的光子等， 也可以是等离子体激元的激发。 1.1 散射的基本概念 弹性散射 弹性散射 一个运动的电子靠近孤 立的原子核时，由于库仑 力的作用，电子将向核方 向偏转，偏转角-， 的 大小取决于rn 的大小 弹性散射 核质量电子的质量，此 偏转可视为弹性散射，则偏转 角称为散射角 在(rn)2 圆面积内的散射， 散射角 ，称(rn)2 为散射角 大于的核弹性散射截面 弹性散射是电子衍射及成 像的基础 核外电子的非弹性散射 一个运动的电子 靠近孤立的电子时， 由于库仑力的排斥作 用，电子将向反方向 偏转，偏转角-， 的大小取决于re 的大 小 非弹性散射 核外电子的非弹性散射 u电子质量=电子的质量，电子偏转时有能量 的变化，此偏转可视为非弹性散射。 u在(re)2 圆面积内的散射，散射角，称 (re)2 为散射角大于的非弹性散射截面。 核外电子的非弹性散射 原子中核外电子对入射电子的散射所损 失的能量部分转变为热，部分使物质中原子 发生电离或形成自由载流子，并伴随着产生 各种有用信息，如二次电子、俄歇电子、特 征X射线、特征能量损失电子、阴极发光、 电子感生电导等 1.2 高能电子与样品物质交互作 用产生的电子信息 （1）背散射电子 定义：入射电子在试 样内经过一次或几次大角 度弹性散射或非弹性散射 后离开试样表面的电子。 （1）背散射电子 背散射电子的产生范围在0.11m，这 是由于背散射电子具有较高的能量，所以可在试样较深 部位散射出试样表面。 背散射电子的产额随试样原子序数的 增加而增加。 （1）背散射电子 背散射电子在试样内部接近完全扩 散，其广度较入射电子束直径大若干 倍，它可从试样较深部位逸出。 特点： 1：对样品物质的原子序数敏感 2：分辨率及信号收集率较低 （2）二次电子 定义： 在入射电 子的轰击下被 迫离开试样表 面的试样的核 外电子。 （2）二次电子 二次电子的能量小于50 eV，所以只有试 样表层下510nm范围内激发出的二次电子， 才有可能逸出试样表面 二次电子发射的广度与入射电子束直径相 差无几，它对试样表面形貌敏感 主要用于显示试样的表面形貌 （3）吸收电子 定义：入射电子射入试样后，经 多次非弹性散射后能量消耗殆尽而 形成吸收电子被试样吸收 （3）吸收电子 在试样和地之间接入mA计进行放大，可 检出吸收电子产生的电流 吸收电子像用于显示样品表面形貌和样品 表面元素分布状态 用吸收电流成像，同样可以得到原子序数 不同的元素在样品上各微区定性的分布情况。 图像的衬度正好与背散射电子图像相反 （4）特征X射线 当试样内原子核外的内层 电子被激发时，外层电子跃迁 而填补内层空位时就会 释放 特征X射线。 （4）特征X射线 特征X射线一般在试样内的 500nm-5000nm深处发生 用X射线探测器探测表面微区存 在的相应元素 （5）俄歇电子 定义：入射电子在激发特征X射 线过程中，若试样中原子核外内层电 子被激发，外层电子跃迁填补内层空 位时能量的释放将相邻的电子激发出 去。 （5）俄歇电子 俄歇电子的能量在501500eV范围 内，只有在距离表面1nm左右范围内 的俄歇电子才能逸出表面 适用于做表面成分分析 如果样品是薄膜，例如厚度为几十 至几百纳米，比入射电子的有效穿透深 度小得多，就会有相当数量的入射电子 穿透样品。 电子的透射率随散射体厚度的增加而减 小 （6）透射电子 质厚衬度效应 样品上的不同微区无论是质 量还是厚度的差别，均可引起相应区 域透射电子强度的的改变，从而在图 像上形成亮暗不同的区域。 由电子束穿过非晶体试样各点的厚度不 同而产生的 由重金属原子投影非晶体试样引起的质 量差异而产生的 质厚衬度效应 入射电子束通常都是波长恒定的单色平面波， 照射到晶体样品上时会与晶体物质发生弹性相干散射 ，使之在一些特定的方向由于相位相同而加