扫描电镜图象及其衬度.doc

扫描电镜图象及其衬度在中国材料显微镜网上看到一篇介绍扫描电镜图像及其衬度的文章，觉得非常的有用。转过来跟大家共同学习一下，希望对大家有所帮助。1 、扫描电镜像的衬度 扫描电镜图象的衬度是信号衬度，它可定义为： 根据形成的依据，扫描电镜的衬度可分为形貌衬度，原子序数衬度和电 压衬度。形貌衬度是由于试样表面形貌差异而形成的衬度。利用对试样表面形貌变化敏感的物理信号如二次电子、背散射电子等作为显象管的调制信号，可以得到形貌衬度像。其强度是试样表面倾角的函数。而试样表面微区形貌差别实际上就是各微区表面相对于入射束的倾角不同，因此电子束在试样上扫描时任何二点的形貌差别，表现为信号强度的差别，从而在图像中形成显示形貌的衬度。二次电子像的衬度是最典型的形貌衬度。原子序数衬度是由于试样表面物质原子序数（或化学成分）差别而形成的 衬度。利用对试样表面原子序数（或化学成分）变化敏感的物理信号作为显像管的调制信号，可以得到原子序数衬度图像。背散射电子像、吸收电子像的衬度，都包含有原子序数衬度，而特征 X 射线像的衬度是原子序数衬度。 现以背散射电子为例，说明原子序数衬度形成原理。对于表面光滑无形貌特征的厚试样，当试样由单一元素构成时，则电子束扫描到试样上各点时产生的信号强度是一致的。得到的像中不存在衬度。当试样由原子序数不同的元素构成时，则在不同的元素上方产生不同的信号强度，因此也就产生衬度。电压衬度是由于试样表面电位差别而形成的衬度。利用对试样表面电位状态敏感的信号，如二次电子，作为显像管的调制信号，可得到电压衬度像。 2 、背散射电子像 背散射电子是由样品反射出来的初次电子，其主要特点是：能量很高，有相当部分接近入射电子能量 E 0 ，在试样中产生的范围大，像的分辨率低。背散射电子发射系数 =I B /I 0 随原子序数增大而增大。作用体积随入射束能量增加而增大，但发射系数变化不大。当试样表面倾角增大时，作用体积改变，且显著增加发射系数。背散射电子在试样上方有一定的角分布。垂直入射时为余弦分布： ( )= 0 cos 当试样表面倾角增大时，由于电子有向前散射的倾向，峰值前移。因此电子探测器必须放在适当的位置才能探测到较高强度的电子信号。从上述的背散射电子特点可知，背散射电子发射系数和试样表面倾角以及试样的原子序数二者有关，背散射电子信号中包含了试样表面形貌和原子序数信息，像的衬度既有形貌衬度，也有原子序数衬度，因此， 可利用背散射电子像来研究样品表面形貌和成分分布。背散射电子能量大，运动方向基本上不受弱电场的影响，沿直线前进。在用单个电子探测器探测时，只能探测到面向探测器的表面发射的背散射电子，所成的像具有较重的阴影效应，使表面形貌不能得到充分显示。加之背散射 电子像分辨率低，因此一般不用它来观察表面形貌，而主要用来初步判断试样表面不同原子序数成分的分布状况。采用背散射电子信号分离观察的方法，可分别得到只反映表面形貌的形貌像和只反映成分分布状况的成分像。3 、二次电子像 二次电子是被入射电子轰出的试样原子的核外电子，其主要特点是：（ l ）能量小于 50eV ，主要反映试样表面 10nm 层内的状态，成像分辨率高。（ 2 ）二次电子发射系数与入射束的能量有关。随着入射束能量增加，二次电子发射系数减小。（ 3 ） 二次电子发射系数和试样表面倾角有如下关系： ( )= 0 /cos （ 4 ）二次电子在试样上方的角分布也服从余弦分布，但与背散射电子不同的是二次电子在试样倾斜时仍为余弦分布。根据二次电子的上述特点，二次电子像主要反映试样表面的形貌特征。像的衬度是形貌衬度，衬度形成主要决定于试样表面相对于入射电子束的倾角。试样表面光滑平整（无形貌特征），倾斜放置时的二次电子发射电流比水平放置时大，但仅增加像的亮度而不形成衬度；而对于表面有一定形貌的试样，其形貌可看成由许多不同倾斜程度的面构成的凸尖、台阶、凹坑等细节组成，这些细节的不同部位发射的二次电子数也不同，从而产生衬度。由于二次电子能量小，用闪烁体探测器探测时，只要在收集极上加 250V 正电压，即可把二次电子吸引过来，所以二次电子像没有明显的阴影效应。从图中可以看出，当探测器置于试样上方时，探测器也能接收一部分背散射电子，在这种情况下，二次电子像中也包含一部分背散射电子信息。二次电子像分辨率高、无明显阴影效应、场深大、立体感强，是扫描电镜的主要成像方式，它特别适用于粗糙表面及断口的形貌观察，在材料科学中得到广泛的应用。 4 吸收电子像 当电子束照射在试样上时，如果不存在试样表面的电荷积累，则进入试样的电流应等于离开试样的电流。进入试样的电流为入射电子电流 I 0 ，离开试样的电流为背散射电子电流 I B ，二次电子电流 I S ，透射电子电 流 I T ，和吸收电子电流（吸收电流或称试样电流） I A （式 2 35 ）。对于厚试样，I T 0 ，则有： I 0 = I B + I S + I A 在相同条件下，背散射电子