電鏡學(xué)堂 | 細(xì)談二次電子和背散射電子（二）

上一個(gè)章節(jié)中我們?cè)敿?xì)的介紹了不同類型的二次電子的特點(diǎn)以及它們與襯度的關(guān)系，今天讓我們來認(rèn)識(shí)一下掃描電鏡中另一個(gè)極其重要的信號(hào)----背散射電子（BSE）。

背散射電子(BSE)

        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后，重新逸出試樣表面的高能電子。由于背散射電子的能量相對(duì)較高，其在試樣中的作用深度也遠(yuǎn)深于二次電子，通常而言是在0.1-1μm左右。在很多情況下，大家把BSE像簡(jiǎn)單的認(rèn)為是試樣的成分襯度，但是這種說法并不完全正確。

背散射電子（BSE）和襯度之間有些什么關(guān)系？

A.   BSE的成分襯度

        背散射電子的產(chǎn)額和成分之間的確存在非常緊密的關(guān)系，在整個(gè)原子序數(shù)范圍內(nèi)，BSE的產(chǎn)額都是隨原子序數(shù)的增大而提高，而且差異性高于SE（見圖1）。所以，這也是大家都用BSE圖像來進(jìn)行成分觀察的最主要原因。

圖1 銅包鋁導(dǎo)線截面的SE、BSE像和鋁、銅電子產(chǎn)額

不過，這并不意味著BSE的產(chǎn)額僅僅就取決于原子序數(shù)，它和試樣的表面形貌、晶體取向等都有很大的關(guān)系，甚至在部分情況下，BSE在形貌立體感的表現(xiàn)上還要更優(yōu)于二次電子。

B.   BSE的形貌襯度

        試樣表面形貌的起伏同樣會(huì)影響B(tài)SE的產(chǎn)額，只不過BSE產(chǎn)生的深度相對(duì)SE更深，所以對(duì)表面的細(xì)節(jié)表現(xiàn)程度不如二次電子。不過，如果對(duì)表面形貌不是特別關(guān)注的情況下，可以嘗試使用BSE圖像來進(jìn)行形貌表征。特別是在存在荷電現(xiàn)象的時(shí)候，由于BSE不易受到荷電的干擾，較SE像會(huì)有更好的效果（見圖2）。在前一章的SE章節(jié)中，我們已經(jīng)介紹過這部分內(nèi)容，這里不再贅述。

圖2（左圖）5kV， SE圖像和（右圖）15kV，BSE圖像

C、BSE的陰影襯度

        在進(jìn)行形貌觀察的時(shí)候，有時(shí)候需要的是圖像的立體感。立體感主要來源于在一個(gè)凹坑或者凸起處，對(duì)其陰陽面的進(jìn)行判斷。在這方面，大角度的SE和BSE因?yàn)閷?duì)稱性的關(guān)系，在陰陽面的產(chǎn)額及實(shí)際探測(cè)到的信號(hào)量完全一樣，所以體現(xiàn)立體感的能力相對(duì)較弱。低角SE2信號(hào)反而可以較好的體現(xiàn)圖像的立體感，處于樣品室側(cè)方的ETD探測(cè)器在采集低角SE信號(hào)時(shí)，朝向探測(cè)器的陽面信號(hào)不受阻礙，背向探測(cè)器的陰面的上部分的SE可以繞行后被探測(cè)器接收，而下部分則由于無法繞行從而產(chǎn)額降低，此時(shí)陰陽面原本產(chǎn)額相同的低角SE信號(hào)，在實(shí)際采集的過程中發(fā)生了接收數(shù)量的不一致，從而在圖像上表現(xiàn)出陰陽面的亮度不同，我們把這種現(xiàn)象稱之為陰影效應(yīng)。

圖3 ETD的陰影效應(yīng)

當(dāng)凸起區(qū)域比較高時(shí)，陰影效應(yīng)會(huì)顯得比較明顯，而隨著凸起區(qū)域高度的逐步降低，當(dāng)處于陰面的低角SE能夠完全繞行時(shí)，此時(shí)陰影效應(yīng)就會(huì)變得非常微弱。而基于BSE不能繞行的特點(diǎn)，在這種情況下則可以增強(qiáng)陰影效應(yīng)。

BSE產(chǎn)生后基本沿著出射方向傳播，不易受到其它探測(cè)器的影響。陰陽面的實(shí)際BSE產(chǎn)額是相同的，但是如果探測(cè)器不采集所有方向的BSE，而是只采集一側(cè)的BSE，陰陽面收集到信號(hào)的差異就會(huì)變得非常大，而且由于BSE不能像SE那樣會(huì)產(chǎn)生繞行，所以這種差異要遠(yuǎn)高于SE。換句話說，利用非對(duì)稱的BSE得到的陰影效應(yīng)要強(qiáng)于ETD的低角SE。

圖4 　不同方向接收到的BSE強(qiáng)度及疊加算法

除了形貌襯度之外，我們已經(jīng)在上一章節(jié)已經(jīng)介紹過。對(duì)于電位襯度，SE要強(qiáng)于BSE；對(duì)于通道襯度，BSE則要優(yōu)于SE。

我們現(xiàn)在再回到SE和BSE的關(guān)系上，簡(jiǎn)單總結(jié)一下，BSE以成分為主，兼有一定的形貌襯度，電位襯度較弱，不過通道襯度較強(qiáng)，抗荷電以及陰影襯度也都強(qiáng)于SE，詳見表1。

表1

圖5 斷口材料的SE和BSE圖像及襯度對(duì)比