電鏡學(xué)堂 | 掃描電子顯微鏡的基本原理（一）

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發(fā)表時間：2019-07-11 16:15

§2. 二次電子（SE）

　　入射電子與試樣中弱束縛價電子產(chǎn)生非彈性散射而發(fā)的電子，稱為二次電子，如圖2-5。二次電子能量較低，習(xí)慣上把能量小于50eV的電子統(tǒng)稱為二次電子。二次電子產(chǎn)生域較小，僅從試樣表面5～10nm的深度才能逸出表面，這也是二次電子像分辨率高的原因之一。

圖2-5 SE產(chǎn)生示意圖

二次電子還可分為四類：

（1）二次電子1（SE1）：由入射電子在試樣中激發(fā)的二次電子；

（2）二次電子2（SE2）：由試樣中背散射電子激發(fā)的二次電子；

（3）二次電子3（SE3）：由試樣的電子背散射在遠(yuǎn)離電子束入射點產(chǎn)生的二次電子；

（4）二次電子4（SE4）：由入射束的電子在電子光學(xué)鏡筒內(nèi)激發(fā)的二次電子。

　　二次電子對試樣表面狀態(tài)非常敏感，其產(chǎn)額δ主要取決試樣的表面形貌，因而二次電子主要用于形貌觀察。此外，二次電子產(chǎn)額隨原子序數(shù)也有一定的變化。關(guān)于二次電子產(chǎn)額和形貌、成分的關(guān)系將在后文襯度部分做詳細(xì)介紹。

除了試樣表面形貌和成分外，二次電子產(chǎn)額和入射電子束能量也有關(guān)系。二次電子產(chǎn)額δ與入射電子能量的關(guān)系如圖2-6所示。

圖2-6 SE產(chǎn)額和人射電子能量的關(guān)系

　　對于大多數(shù)材料來說，這條曲線有相同的形式，該曲線的特點是：當(dāng)入射電子能量低時，δ隨電子束能量E的增加而增加；而當(dāng)電子束能量高時，δ對能量的增加而逐漸降低。在某一個能量Emax，二次電子的產(chǎn)額最大。金屬材料的Emax大致為100～800eV，絕緣體的Emax大致為2000eV。二次電子產(chǎn)額與入射電子能量的關(guān)系出現(xiàn)極大值，可以理解為隨著入射電子能量增加，激發(fā)出的二次電子自然增加，但入射電子進入試樣的深度也在增加，故激發(fā)出的二次電子向外逃逸越來越困難，因此入射電子能量大于Emax后，反而會使激發(fā)出的二次電子數(shù)目減少。

表2-1中列舉了常見一些材料二次電子的最高產(chǎn)額及對應(yīng)的能量，表2-2列舉了一些材料的V2值。

表2 -1 不同加速電壓下的電子對應(yīng)的波長

表2-1.JPG

表2-2 常見材料的V2

表2-2.JPG

　　背散射電子是入射電子在試樣中受到原子核的盧瑟福散射而形成的大角度散射，重新逸出試樣表面的高能電子，如圖2-7。背散射電子有彈性散射和非彈性散射之分，其彈性散射的背散射電子能量接近入射電子的能量，非彈性散射的背散射電子能量要稍低一些。背散射電子一般是從試樣0.1～1μm深處發(fā)射出來。由于入射電子進入試樣較深，入射電子已被散射開，因此背散射電子來自于比二次電子更大的區(qū)域，故背散射電子像的分辨率比二次電子低，不過背散射電子能夠反映離試樣表面較深處的情況。

圖2-7 BSE產(chǎn)生示意圖

　　背散射電子的產(chǎn)額η與表面形貌有一定的關(guān)系，不過它隨試樣原子序數(shù)Z的變化更為敏感，隨著原子序數(shù)Z的增加而增加。因此背散射電子除了可以用于形貌觀察外，更廣泛的應(yīng)用于觀察試樣成分的空間分布。有關(guān)背散射電子產(chǎn)額與原子序數(shù)、形貌的關(guān)系將在后文中詳細(xì)闡述。

　　此外背散射電子的產(chǎn)額η也和加速電壓有一定的關(guān)系，如圖2-8，不同材料在不同加速電壓下的產(chǎn)額。對于高原子序數(shù)的材料來說，背散射電子產(chǎn)額會隨著加速電壓的增大而升高，而對于低原子序數(shù)的材料來說，產(chǎn)額隨加速電壓的增加而降低。