矿物材料现代测试技术武汉理工大学4电子显微镜2

（X ray ）
7 俄歇电子 （Auger Electron）
8 阴极发光 （Cathodo－luminescence）
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
1 概述（1）
高速运动的电子束轰击样品，会产生很多物理信息， 主要有：
二次电子 （Secondary Electron）
2 二次电子 (Secondary Electron）(4)
二次电子产额随原子序数的变化不大，它主 要取决与表面形貌。
因此一般所说的电子显微镜照片即是指收集 到的二次电子信号转化成的图象。简称形貌像。
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
3 背散射电子 （Back－scattered Electron）(1)
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
7 俄歇电子 （Auger Electron）（2）
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
7 俄歇电子 （Auger Electron）（3）
Auger电子的能量较低，50－1500eV。
每种元素都具有各自特征的俄歇电子能量。
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
3 背散射电子 （Back－scattered Electron）(2)
从数量上看，弹性背散射电子远比 非弹性背散射电子所占的份额多。 背 散射电子的产生范围在样品的100nm1m m深度，能量在几十－几千eV。
背散射电子成像分辨率一般为50200nm（与电子束斑直径相当）。
用检测电流的方式可以得到吸收电子 的信号像，它是背散射电子像和二次电子像 的负像。
现在一般不采用这种方式获得照片。
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
6 X 射线 （X ray） （1）
产生原理与XRD及XRF中所叙述的类似。
XRD：高速电子轰击阳极，得到特征X射线，其 波长取决于阳极材料的原子种类。
会因碰撞而损失能量，使之失去了
具有特征能量的特点。而只有表面 1nm左右范围内逸出的俄歇电子才具 有分析意义。因此俄歇电子特别适
合表面层的成分分析。
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
8 阴极发光 （Cathodo－luminescence）
一些不导电的样品，在高能电子的作用下，
第三部分 电子显微分析
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1
电子显微分析
第二章 电子显微镜成像原理
1 仪器构型 2 成像
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电子显微分析 第二章 电子显微镜成像原理
1 仪器构型（1）
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电子显微分析 第二章 电子显微镜成像原理
1 仪器构型（2）
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电子显微分析 第二章 电子显微镜成像原理
2 成像（3）
A special type of detector acts like a TV camera and the image of the sample is displayed on a TV screen. By changing how the electrons are bent and how the beam of electrons strikes the sample, you can change the magnification and focus of the TV image.
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电子显微分析
第三章 电子束与物质之间的作用
1 概述
2 二次电子 (Secondary Electron）
3 背散射电子 (Back－scattered Electron)
4 透射电子 （Transmitted Electron）
5 吸收电子 （Absorption Electron）
6 X射线
它对试样表面状态非常敏感，能有效地显示 试样表面的微观形貌。由于它发自试样表层，入 射电子还没有被多次反射，因此产生二次电子的 面积与入射电子的照射面积没有多大区别，所以 二次电子的分辨率较高，一般可达到5-10nm。扫 描电镜的分辨率一般就是二次电子分辨率。
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
1 Auger：4－20A 50－1500eV 2 Se：50－100A 0－50eV 3 Be：更深, 几十－几千eV 4 X ray 1－几um，1－15KeV
空间上的分布宽度影响分辨率
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电子显微分析 第二章 第三章
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
2 二次电子 (Secondary Electron）(2)
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
2 二次电子 (Secondary Electron）(3)
二次电子来自表面5-10nm的区域，能量为050eV，大部分为2－3eV。
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
1 概述（2）
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
1 概述（3）
只有了解上述物理信息的产生原理及所代表的含义，才能 设法检测它们、利用它们。
扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy) (SEM)
背散射电子是指被固体样品原子反射回来的一 部分入射电子，其中包括弹性背散射电子和非弹 性背散射电子。
弹性背散射电子是指被样品中原子核反弹回来 的，散射角大于90度的那些入射电子，其能量基 本无变化（几到几十KeV）。
非弹性背反射电子是入射电子和核外电子撞击 后产生非弹性散射，不仅能量变化，而且方向也 发生变化。能量范围很宽，从数十eV到数千eV。
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电子显微分析 第二章 电子显微镜成像原理
1 仪器构型（3）
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电子显微分析 第二章 电子显微镜成像原理
2 成像（1）
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电子显微分析 第二章 电子显微镜成像原理
2 成像（2）
Electron microscopes use something similar to a light bulb to produce electrons. This is called the filament. The filament is a piece of wire and when electricity goes through it, not only is light given off, but also electrons.
These electrons are focused by a series of magnets. The magnets are made magnetic by electricity and are called electromagnets. The electrons can be focused on the sample and when they hit the sample a signal is given off.
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
7 俄歇电子 （Auger Electron） （1）
在电子跃迁的过程中，如果过剩的能量不是 以X射线的形式放出去，而是把这部分能量传递给 同层（或者外层）的另一个电子，并使之发射出 去，该电子即为俄歇电子。
俄歇电子所具有的能量为：
E＝E1－E2－E3 E1：激发态空位 E2：跃迁的电子 E3：飞出原子核的电子
可发射出可见光信号，称之为阴极荧光。
它是由这些物质的价电子，在受激态和基 态之间能级跃迁直接释放的波长比较长、能量 比较低的光波，波长在可见光范围内。
主要用于物质的阴极荧光特点分析，如分 析物质晶体的成长过程等。
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
各种信号产生的深度及空间分辨率
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
3 背散射电子 （Back－scattered Electron）(3)
背散射电子及二次电子的产额随原子序数的 增加而增加，但二次电子增加的不明显。而背散 射电子作为成像信号不仅能分析形貌特征，也可 以用来显示原子序数衬度，定性地成分分析。
背散射电子像亦称为成分像。
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
二次电子与背散射电子能量比较
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
4 透射电子 （Transmitted Electron）
如果样品的厚度大大小于入射电子 的有效穿透深度，将有相当数量的电 子穿透样品，称之为透射电子。
背散射电子 （Back－scattered Electron）
透射电子 （Transmitted Electron）
吸收电子 （Absorption Electron）
X射线
（X ray）
俄歇电子 （Auger Electron）
阴极发光 （Cathodo－luminescence）
ห้องสมุดไป่ตู้
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XRF：连续X射线照射在样品上，从样品中产生二 次X射线，波长取决于样品中的原子种类。
EM：高速电子照射样品，从样品中产生特征X射 线，波长取决于样品中的原子种类。
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
6 X 射线 （X ray） （2）
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只有透射电子显微镜可以探测这种 信号。
用于观察高倍形貌、晶格条纹像， 以及电子衍射、微区晶体结构分析。
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
5 吸收电子 （Absorption Electron）
随着入射电子与样品中原子核或核外 电子发生非弹性碰撞次数的增多，电子的能 量和活动能力不断降低，以致最后被样品全 部吸收。
在能检测到的能量范围内，对于Z=3-14的 元素，最突出的俄歇效应是由KLL跃迁形成 的，对Z=14-40的元素是LMM跃迁，对 Z=40-79的元素是MNN跃迁。
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
7 俄歇电子 （Auger Electron）（4）
Auger电子的平均自由程很小 （1nm左右），而在较深区域产生的 俄歇电子，在向表面运动时，必然
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
3 背散射电子 （Back－scattered Electron）(4)
原子序数高的元素，背散射能力强。 例如SiO2和SnO2，前者的平均原子序 数为15.3，后者的为27.3，因此后者的背散 射能量明显大于前者。
因此不同的物质相也具有不同的背散射 能力，用背散射电子的测量亦可以大致的确 定材料中物质相态的差别。
2 二次电子 (Secondary Electron）(1)
二次电子是指被入射电子轰击出来的样品中原 子的核外电子。
由于原子核外层价电子间的结合能很小，当原 子的核外电子从入射电子获得了大于相应的结合能 的能量后，即可脱离原子核变成自由电子。
如果这种散射过程发生在比较接近样品表层处， 则那些能量大于材料逸出功的自由电子可从样品表 面逸出，变成真空中的自由电子，即二次电子。
透射电子显微镜(Transmission Electron Microscopy) (TEM)
电子探针(Electron Probe Microscopic Analyzer) (EPMA)
分别侧重于对上述某一方面或几方面的信息进行测量分析的。
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电子显微分析 第三章 电子束与物质的作用
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电子显微分析 第二章 电子显微镜成像原理
2 成像（4）
The meaning of “SCANNING”
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电子显微分析 第二章 电子显微镜成像原理
2 成像（4） Finally，we get the “Image”.
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