《现代分析技术》SEM.ppt

* 一、简介 二、基本物理概念 三、主要参数 四、工作模式与衬度原理 五、主要部件 六、应用举例 七、电子探针 扫描电子显微镜与电子探针 (Scanning Electron Microscope 简称SEM and Electron Probe Micro-analysis 简称EPMA ) 一、简介 SEM是利用聚焦电子束在样品上扫描时激发的某种物理信号来调制一个同步扫描的显象管在相应位置的亮度而成象的显微镜。 与普通显微镜的差别： 电子波长 E为电子能量，单位 eV 当 E = 30KeV 时, λ≈ 0.007nm 普通显微镜 SEM 基本原理 光折射成象 同步扫描 入射束波长 400 - 700 nm 能量为E的电子 放大倍数 ～1600 几十万 分辨率 200 nm 1.5 nm 景深 是普通显微镜的300倍 学习的重要性： ▲ 是形貌分析的重要手段 ▲ 二次电子象在其它分析仪器中的应用 ▲ 基本物理概念、仪器参数及基本单元的通用性 二、基本物理概念 (一) 电子与表面相互作用及与之相关的分析技术 (二) 信息深度 (三) 电子作为探束的分析技术特点 (一)电子与表面相互作用及与之相关的分析技术 1．信息种类及相应的分析技术： △ 背散射：经弹性散射或一次非弹性散射后 以θ 90°射出表面， E～Ep △ 特征能量损失 △ 多次散射后射出－形成本底 △ 在样品中停止，变为吸收电流 △ 从样品透射 (TEM) △ 二次电子：外层价电子激发 (SEM) △ 俄歇电子：内层电子激发 (AES) △ 特征X射线：内层电子激发 (EPMA) △ 连续X射线：轫致辐射(本底） 对于半导体材料： △ 阴极荧光 △ 电子束感生电流 2．检测电子的能量分布 (二) 信息深度 △ 非弹性散射平均自由程： 具有一定能量的电子连续发生两次非弹性碰撞 之间所经过的距离的平均值。 △ 衰减长度：I = Ioe－t/λ 当电子穿过t = λ厚的覆盖层后，它的强度 将衰减为原来的1/e,称λ为衰减长度。 △ 通常近似地把衰减长度λ当作电子的非弹性散射平均 自由程，亦称为逸出深度。 △ 衰减长度和电子能量的关系： 实验结果： 经验公式：λ= (Ai/E2)+BiE1/2 其中A、B对于不同的元素及化合物 有不同的值. △ 信息深度：信号电子所携带的信息来自多厚的表面层？ 通常用出射电子的逃逸深度来估计。 但是当出射电子以同表面垂直方向成θ角射出时，电子所反映的信息深度应该是： d =λcosθ △ 激发深度与信息深度： 在扫描电镜中，由电子激发产生的主要信号的信息深度： 俄歇电子 1 nm (0.5-2 nm) 二次电子 5-50 nm 背散射电子 50-500 nm X射线 0.1-1μm 产生大量二次电子， 产生少量二次电子， 信噪比差 信噪比好 电子探束 光子探束 (三) 电子作为探束的特点 碰撞中Ep ΔE， 碰撞中hγ=ΔE，自身湮没 损失部分能量后射出 可聚焦、偏转，获得 不易聚焦，束斑大且强度低 小束斑和高强度 电子束源价格低廉 X光源复杂，价格较贵 宜为外层价电子电离源 宜为芯层电子电离源 1．放大倍数 荧光屏上的扫描振幅 电子束在样品上的扫描振幅 放大倍数与扫描面积的关系： (若荧光屏画面面积为10×10cm2) 放大倍数 扫描面积 10× (1cm)2 1