电子束与固体样品相互作用
电子与物质的相互作用及其应用
电子与物质的相互作用及其应用
电子束与固体样品作用时产生的信号
图是电子束与固体样品作用时产生的信号。它包括：背散射电子、二次电子、吸收电子、透射电子、特征x射线、俄歇电子。
1.背散射电子
背散射电子是被固体样品中的原子核反弹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：被样品中原子核反弹回来的，散射角大于90 的那些入射电子，其能量没有损失(或基本上没有损失)。
非弹性背散射电子：入射电子和样品核外电子撞击后产生的非弹性散射，不仅方向改变，能量也有不同程度的损失。如果有些电子经多次散射后仍能反弹出样品表面，这就形成非弹性背散射电子。
弹性背散射电子和非弹性背散射电子的比较见表。
表弹性背散射电子和非弹性背散射电子的比较
2．二次电子
在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的样品的核外电子叫做二次电子。
3．吸收电子
入射电子进入样品后，经多次非弹性散射能量损失殆尽(假定样品有足够的厚度没有透射电子产生)，最后被样品吸收而成为吸收电子。
4．透射电子
如果被分析的样品很薄，就会有一部分入射电子穿过薄样品而成为透射电子。
5．特征x射线
当样品原子的内层电子被入射电子激发或电离时，原子就会处于能量较高的激发状态，此时外层电子将向内层跃迁以填补内层电子的空缺，从而使具有特征能量的X射线释放出来。
6．俄歇电子
在入射电子激发样品的特征X射线过程中，如果在原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量并不以x射线的形式发射出去，而是用这部分能量把空位层内的另一个电子发射出去(或使空位层的外层电子发射出去)，这个被电离出来的电子称为俄歇电子。
第十一电子与物质的相互作用
Z e n
Z e 1 n Z
由核外电子引起的非弹性散射与原子核产生的弹性散射之比：
非弹性：弹性
随着原子序数的增加，弹性散射所占的比重增加； 对于轻元素，非弹性散射占据很大部分； 对于TEM电子能量，弹性散射几乎总是占主要部分。
15
二、电子散射
2.1 电子散射截面与电子散射能力
（2）电子速度与电压的关系 对v0＝0的电子，在加速电压U的作用下，速度达到v，则动 能E为：
1 mv 2 eU 2
v
2eU m
v U
12
2
一、电子与物质的相互作用
1.1 电子的波长
（3）电子波长与加速电压的关系
h h 1.5 1.225 U (nm) 2eUm mv U
用途：在扫描电镜中，可以用其获取试样的形貌像、成分像。
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四、电子束与样品相互作用产生的信号
4．透射电子 (Transmission electron简称T.E)
概念：穿透试样的入射电子称为透射电子。
特点：透射电子的数量与试样的厚度和加速电压有关。试样厚度越
小，加速电压越高，透过试样的电子数量就越多。试样比较薄的 时候，由于有透射电子存在，电子数量的关系为
800
1000 2000 3000
0.8
1 2 3
0.921
结构表征
电子在铜中的透射、吸收和背散射系数的关系
电子束与固体样品作用时产生的各种信号比较
材料的形貌与结构观察
• • • • • 主要依靠显微镜 光学显微镜 (OM) 扫描电子显微镜(SEM) 透射电子显微镜 (TEM) 扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜 (AFM)和场离子显微镜 (FIM)
扫描电子显微镜 （Scanning Electron Microscopy，SEM）
（8）透射电子：
如果样品厚度小于入射电子的有效穿透深度，一部分 入射电子与试样作用引起弹性散射或非弹性散射能够穿 过薄样品从另一表面射出，这样的电子称为透射电子。 透射电子的信号中有弹性散射电子和非弹性散射电子， 信号由微区的厚度、成分、晶体结构决定。 TEM就是利用透射电子成像的。具有特征能量损失 △E的非弹性散射电子和分析区域的成分有关 。因此， 可以利用特征能量损失电子配合电子能量分析器来进行 微区成分分析。 如果试样很薄（10~20nm）时，则透射电子主要是弹 性散射电子，成像比较清晰，电子衍射斑点也比较明锐； 如果试样比较厚，则透射电子有相当部分是非弹性散射 电子，能量低且是变量，结果磁透镜后，由于色差，影 响了成像清晰度，电子衍射斑点也不明锐。
电子束与固体样品相互作用
电子束与固体样品作用时产生的各种信号比较
其他信号
• 除了上面列出的6种信号外，固体样品中还 会产生例如阴极荧光，电子束感生效应和 电动势等信号，这些信号经过调制之后也 可用于专门的分析
谢谢大家
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• 一部分入射电子穿过薄样品而成为透射电 子
• 投射电子的信号由微区的厚度，成分，晶 体机构决定 • 应用：特征能量损失电子是和分析区域的 成分有关，可以利用特征能量损失电子配 合电子能量分析器来进行微区成分分析。
特征X射线
• 内层电子被激发活电离，形成空缺，外层 电子跃迁内层，以X射线发出能量。 • 特征波长：λ=hc/ Δ E • X射线的波长和原子序数之间服从莫塞莱定 律： λ=K/(Z—σ)2 用X射线探测器测到样品微区中的存在某 一种特征波长，就可以判定这个微区中存 在相应的元素。
吸收电子
• 定义：入射电子进入样品后，多次非弹性 碰撞，能量损失殆尽，被样品吸收。 • 电流强度：Ia=I0—(I b +Is) • 应用：吸收电子能够产生原子序数衬度， 可进行定性地微区成分分析。 • 原子序数衬度：SEM或TEM中由于试样表面 物质序数（或化学成分）差别而形成的衬 度。
透射电子
俄歇电子
• 原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的 能量并不以X射线形式发射出去，而是用这 部分能量把空位层内的另一个电子发射出 去（或使空位层电子发射出去），这个被 电离出来的电子成为俄歇电子。 • 俄歇电子自由程很小，<1nm逸出的的俄歇 电子具有能量，因此，俄歇电子特别适用 于做表层成分分析。
SEM和EDS的现代分析测试方法
三. 景深
第六节 SEM的样品制备
SEM对样品的最重要的要求是 样品要导电. 一. 导电材料试样制备 二. 非金属材料试样制备 三. 生物医学材料试样制备
一. 导电材料试样制备
1. 试样尺寸尽可能小些，以减轻 仪器污染和保持良好真空。 2. 切取试样时，要避免因受热引 起试样塑性变形，或在观察面 生成氧化层；要防止机械损伤 或引进水、油污及尘埃等污物。
几种类型电子枪性能
二. 扫描系统
组成: 扫描信号发生器、放大控制器等 电子学线路和相应的扫描线圈。 作用: 提供入射电子束在样品表面上以 及阴极射线管电子束在荧光屏上 的同步扫描信号; 改变入射电子 束在样品表面扫描振幅，以获得 所需放大倍数的扫描像。
三. 信号检测放大系统
作用：检测样品在入射电子束作 用下产生的物理信号，然 后经视频放大，作为显象 系统的调制信号。
第三节 SEM工作原理
第四节 SEM的构造
一. 电子光学系统
组成: 电子枪, 电磁聚光镜, 光阑, 样品室等. 作用: 用来获得扫描电子束, 作为 使样品产生各种物理信号的 激发源.
1. 电子枪 2. 聚光镜(电磁透镜) 3. 光阑 4. 样品室
用于SEM的电子枪有两种类型
热电子发射型: 普通热阴极三极电子枪 六硼化镧阴极电子枪 场发射电子枪: 冷场发射型电子枪 热场发射型电子枪
电子束入射固体样品表面会激发哪些信号
1.电子束入射固体样品表面会激发哪些信号，他们有哪些特点和用途
a.二次电子:在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的核外电子。特点：能量较低；表面形貌敏感性：一般在表层5-10nm深度范围激发的。用途：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。
b.背散射电子：背散射电于是指被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子。特点：具有较高能量，作用深度大；原子序数敏感性：产额随样品原子序数增大而增大。用途:形貌分析、定性成分分析
c.吸收电子：入射电子能量被吸收殆尽，吸收电子信号与二次电子或背散色电子信号互补，强度相反，图象衬度相反。用途：吸收电流像可以反映原子序数衬度，同样也可以用来进行定性的微区成分分析。
d.透射电子：一部分入射电子穿过薄样品而成为透射电子。透射电子信号由微区的厚度、成分和晶体结构来决定。因此，可以用特征能量损失电子配合电子能量分析器来进行微区成分分析。
e.特征X射线当样品原子的内层电子激发或电离时，原子就会处于能量较高的激发状态，此时外层电子将向内层跃迁已填补内层电子的空缺，从而释放特征X射线。用途：定性或定量微区成分分析。
f.俄歇电子：能级跃迁，当众多能量不足以辐射X光，空位层的一个电子会发射出去；这个跃出的电子为俄歇电子。特点：能量具有特征值，近表层性质，能量很低。用途：表面层成分分析
2.横向扩展降低信号成像分辨率：俄歇电子，二次电子，背散射电子，特征X射线，连续X射线
3.可见光波长
电子束与材料的相互作用PPT课件
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6
3.1.4 电子吸收
电子吸收主要指由于电子能量衰减而引起的强度（电子数）衰减。 显然不同于X射线的“真吸收”。 电子被吸收时所达到的深度称为最大穿入深度（R）。
图3-2 入射电子在固体中传播时的能量损失曲线
（E0=1keV、3keV、5keV和8keV）
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7
3.2 电子与固体作用产生的信号
图3-1 电子散射示意图 （a）与原子核作用；（b）与核外电子作用
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3
3.1.1 原子核对入射电子的散射
有弹性散射和非弹性散射。 散射损失的能量
散射角（2）即散射电子运动方向与入射方向之间的夹角。 非弹性散射损失的能量E转化为X射线，它们之间的关系是
式中，h是普朗克常数，c是光速，及分别是X射线的频率与波长。
（5）特征X射线， 当样品原子的内层电子被入射电子激 发或电离时。原子就会处于能量较高的激发状态。此时外 层电子将向内层跃迁以填补内层电子的空缺，从而使具有 特征能量的x射线释放出来。根据莫塞莱定律，如果我们 用x射线探测器测到了样品微区个存在某一种特征波长， 就可以判定这个微区中存在着相应的元素。
入射电子与原子的相互作用产生的各种信息
O入射电子 ●原子.中的核外电子或二次电子
1
3.1 散射
当一束聚焦电子沿一定方向射到固体上时，在固体原子的库仑电场 作用下，入射电子方向将发生改变，这种现象称为（电子）散射。 有弹性散射和非弹性散射之分。
第十四章习题答案final
1、电子束入射固体样品表面会激发哪些信号？它们有哪些特点和用途？
答：具有高能量的入射电子束与固体样品表面的原子核以与核外电子发生作用，产生以下图所示的物理信号：
①背散射电子
背散射电子是指被固体样品中的原子核反弹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°的那些入射电子，其能量基本上没有变化。非弹性背散射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹性散射而造成的，不仅能量变化，方向也发生变化。背散射电子来自样品表层几百纳米的深度围。由于背散射电子的产额随原子序数的增加而增加，所以，利用背散射电子作为成像信号不仅能分析形貌特征，也可用来显示原子序数衬度，定性地进行成分分析。
②二次电子
二次电子是指被入射电子轰击出来的核外电子。二次电子来自表面50-500 Å的区域，能量为0-50 eV。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。由于它发自试样表面层，入射电子还没有较多次散射，因此产生二次电子的面积与入射电子的照射面积没多大区别。所以二次电子的分辨率较高，一般可达到50-100 Å。扫描电子显微镜的分辨率通常就是二次电子分辨率。二次电子产额随原子序数的变化不明显，它主要决定于表面形貌。
③吸收电子
入射电子进入样品后，经多次非弹性散射，能量损失殆尽（假定样品有足够厚度，没有透射电子产生），最后被样品吸收，此即为吸收电子。入射电子束射入一含有多元素的样品时，由于二次电子产额不受原子序数影响，则产生背散射电子较多的部位其吸收电子的数量就较少。因此，吸收电流像可以反映原子序数衬度，同样也可以用来进行定性的微区成分分析。
第八章扫描电子显微镜与电子探针显微分析
第二节 扫描电子显微镜的结构 和工作原理
•引言
• 扫描电子显微镜（简称扫 描电镜，SEM）是将电子 束聚焦后以扫描的方式作 用于样品，产生一系列物 理信息，收集其中的二次 电子，经处理后获得样品 表面形貌的放大图像。
第八章 扫描电子显微镜与电子探针显微分析
日本电子的JEOL7001热场发射扫面电子显微镜
• 此X射线的波长Biblioteka Baidu：
hc K EK EL2
• 因此，辐射的X射线都有与元素对应的特征能量和特征波 长。
第八章 扫描电子显微镜与电子探针显微分析
• ② 特征X射线是从试样0.5～5m深处发出的。
• ③ 可进行微区成分分析。
• 特征X射线的波长和原子序数之间服从莫塞莱定律：
1 KZ
• 式中，Z为原子序数，K、为常数。 • 因此，利用原子序数和特征能量之间的对应关系可以进
第八章 扫描电子显微镜与电子探针显微分析
(4)样品室
• 特点：
• ① 样品室空间较大； • 样品台一般可放置20×10
mm的块状样品。
• ② 样品台还要能沿X、Y及Z 三个方向平移，在水平面内 旋转或沿水平轴倾斜，活动 范围很大，又要精度高、振 动小。
• ③样品室设有多个窗口，可 供安装各种信号检测器。
不同跃迁类型而异。
第八章 扫描电子显微镜与电子探针显微分析
SEM扫描电镜结构与断口观察
扫描电镜结构与断口观察
一、实验目的：
1、了解扫描电镜的基本结构，成相原理；
2、掌握电子束与固体样品作用时产生的信号和各种信号在测试分析中的作用；
3、了解扫描电镜基本操作规程；
4、掌握扫描电镜样品制备技术；
5、掌握韧性断裂、脆性断裂的典型断口形貌。
二、实验原理：
1、扫描电子显微镜的构造和工作原理：
扫描电子显微镜(Scanning Electronic Microscopy, SEM)。扫描电镜是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，扫描电镜的优点是，①有较高的放大倍数，20-30万倍之间连续可调；②有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；③试样制备简单。目前的扫描电镜都配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析，因此它像透射电镜一样是当今十分有用的科学研究仪器。
扫描电子显微镜是由电子光学系统，信号收集处理、图象显示和记录系统，真空系统三个基本部分组成。
其中电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。扫描电子显微镜中的各个电磁透镜不做成相透镜用，而是起到将电子束逐级缩小的聚光作用。一般有三个聚光镜，前两个是强磁透镜，可把电子束缩小；第三个透镜是弱磁透镜，具有较长的焦距以便使样品和透镜之间留有一定的空间，装入各种信号接收器。扫描电子显微镜中射到样品上的电子束直径越小，就相当于成相单元的尺寸越小，相应的放大倍数就越高。
扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面做有规则的扫动。电子束在样品上的扫描动作和显相管上的扫描动作保持严格同步，因为它们是由同一个扫描发生器控制的。电子束在样品表面有两种扫描方式，进行形貌分析时都采用光栅扫描方式，当电子束进入上偏转线圈时，方向发生转折，随后又有下偏转线圈使它的方向发生第二次转折。发生二次偏转的电子束通过末级透镜的光心射到样品表面。在电子束偏转的同时还带用逐行扫描的动作，电子束在上下偏转线圈的作用下，在样品表面扫描出方形区域，相应地在样品上也画出一帧比例图像。样品上各点受到电子束轰击时发出的信号可由信号探测器收集，并通过显示系统在
第八章扫描电子显微镜与电子探针显微分析材料分析方法教学课件
前言
⑸可做综合分析。SEM上装有WDX或EDX后，在观 察扫描形貌像的同时可以对微区进行元素分析。装上 半导体样品座，可以直接观察晶体管或集成电路的pn结及器件失效部位的情况。装上不同类型的试样台 和检测器可以直接观察处于不同环境（加热、冷却、 拉伸等）中的试样显微结构形态的动态变化过程。
附： η指一个入射电子产 生能量大于50eV的背散射 电子的几率。即
η =IR/I0
二次电子SE
8.1.2二次电子（SE）
二次电子——被入射电子轰击出来的核外电子，通常 为外层电子。
二次电子信号主要来自样品表层5~10nm深度范围， 能量较低(小于50eV)。二次电子产额对于样品的表面 状态非常敏感，采用二次电子成像时能有效地显示试 样表面的微观形貌。
电子束照射Ni作用体积
8.2 SEM结构和工作原理
8.2.1SEM结构
SEM由电子光学系统、信号收集及显示系统、真空系 统及电源系统组成。
⒈电子光学系统
电子光学系统——由电子枪、电磁透镜、扫描线圈和 样品室等部件组成。其作用是获得扫描用电子束，作 为使样品产生各种信号的激发源。
扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径， 以获得较高的信号强度和图象分辨率。
俄歇电子来源于样品表面以下几个nm（小于2nm）， 因此只能进行表面化学成分分析。
电子与固体的相互作用
● 背散射电子在试样内部接
近完全扩散，其广度较入射 电子束直径大若干倍，可从 试样较深部位逸出。
（2）二次电子
• 二次电子是指被入射电子轰击出来的核外电子。
• 价电子的结合能很小，比较容易和原子脱离。在样品表面
上方检测到的二次电子绝大部分来自价电子。 • 比较接近样品表层，能量大于逸出功的电子可从样品表面 逸出，成为二次电子。 • 一个能量很高的入射电子，可以产生许多二次电子。
• 二次电子来自表面5-50nm区域，能量为低于50 eV。 • 二次电子产额随原于序数的变化不明显，而对试 样表面形貌非常敏感，可有效显示微观形貌衬度。 • 二次电子的分辨率较高，一般可达到5-10nm。SEM
的分辨率通常就是二次电子分辨率。
三、吸收电子
• 入射电子经多次非弹性散射，能量殆尽（假定样品足够厚， 无透射电子），最后被样品吸收成为吸收电子。若在样品 和地之间接一个高灵敏度的电流表，就可以测得样品的吸 收电流。 入射电子束i0 背散射电子ib 二次电子is 吸收电子ia i0=ib+is+ia
电子与物质的交互作用
透射、吸收、（背）散射
试样上方接收的电子谱图
（1）背散射电子
• BE指入射电子在试样内经过一次或几次大角度弹 性散射或非弹性散射后离开试样表面的电子。 • 背散射电子的产生范围在100nm-1µm。这是由于 背散射电子有较高的能量，可在试样较深部位散射 出试样表面。
电子与固体物质的作用
4.2 背散射电子(Back-scattered Electron)
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。 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。 背散射电子像亦称为成分像。
二、内层电子激发后的弛豫过程
当试样原子的内层电子被运动的电子轰击脱离了原子后，原子处于高度 激发状态，它将跃迁到能量较低的状态，这种过程称为弛豫过程。 弛豫过程可以是辐射跃迁，即特征X射线发射；也可以是非辐射跃迁， 如俄歇电子发射，这些过程都具有能量特征。 能谱仪和波谱仪就是利用X射线来进行成分分析的谱仪。
四、电子束与物质之间的作用产生的信号
4.1 二次电子(Secondary Electron)
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。
各种信号的应用
电子与材料相互作用产生的信号带有材料的不同信息，由这些信号所派 生出来的分析方法在下表中概括列出。 成像、获得有关晶体结构的信息、微区成分分析
材料分析测试 第三章 粒子(束)与材料的相互作用
e e 2 或re Vre V (2 )
（3-3）
re2为核外电子的非弹性散射截面，用e表示。
7
对一个原子序数为Z的孤立原子
弹性散射截面为n 非弹性散射截面则为所有核外电子非弹性散射截 面之和Ze，则 n Z Z e
原子序数越高，产生弹性散射的比例就越大。
8
4. 电子吸收
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重点：电子的散射，电子与固体作用产生的信号 及建立的主要分析方法。 难点：离子散射，溅射。
28
作业
一、教材习题 3-1 3-2 3-3 二、补充习题 1、简述电子与固体作用产生的信号及据此建立的 主要分析方法。
29
9
二、电子与固体作用产生的信号
1.电子与固体作用产生的信号 2.电子非弹性散射平均自由程和信息深度 3.电子能谱
10
入射电子与原子相互作用产生的各种信息
O入射电子 ●原子中的核外电子或二次电子
11
1. 电子与固体作用产生的信号
电子激发诱导的X射线辐射强度IX ①连续的X射线 ②特征X射线 ③X射线荧光（二次特征X射线）
[(M M sin 2 ) M 1 cos2 2 ]2 k (M 1 M 2 ) 2
2 2 2 2 1 2 1 2
离子-原子碰撞
碰撞后离子的能量损失与靶原子的质量有 关，离子与轻元素靶原子碰撞的能量损失 比与重元素靶原子碰撞的能量损失大。
03-电子显微分析-基础知识与TEM(2-电子与固体物质的相互作用)
E hv h c
c—光速， h—普朗克常量，
—X射线的波长
损失能量△E转变为连续X射线
4
3、核外电子对入射电子的非弹性散射
原子中核外电子对入射电子的 散射作用是一种非弹性散射
入射电子所损失的能量：转变 为热，部分使物质原子结构发 生变化，受到激发，产生各种 光电信号
二次电子、俄歇电子、特征X射线、特征能量损失电子等
3、透射电子eT 当试样厚度小于入射电子的穿透深度时，电子从
另一表面射出，这样的电子称为透射电子。 透射电子显微镜（TEM）：透射电子成像
电子衍射
10
4、吸收电子eA
入射电子经多次非弹性散射后能量损失殆尽，不再产 生其它效应，一般称为电子被试样吸收，这种电子称 为吸收电子。
利用测量吸收电子产生的电流，既可以成像，又可以 获得不同元素的定性分布情况，它被广泛用于扫描电 镜和电子探针仪中。
可进行微观形貌观察
背散射电子产额随原子序 数的变化(30kV加速电压)
7
背散射电子的特点、用途
① 能量高，＞50ev ； ② 背散射电子束来自样品表面几百nm深度范围； ③ 产额随着原子序数的增大而增多； ④ 产额也会受到样品形貌的影响； ⑤ 用途：成分分析（原子序数衬度）
形貌分析（形貌衬度）
8
2、二次电子eS
5
二、入射电子与固体材料相互作用产生的信号
6透射电子显微镜
普通的透射电子显微镜
实用的电子显微镜
经过不断的实验和摸索，在上个世 纪三十年代，由德国科学家M·克诺 尔与E·鲁斯卡在柏林工学院制造出 了世界上第一台透射式电子显微镜 。由于使用了电子束做为显微镜的 光源，电子显微镜的分辨率大大超 过了光学显微镜，达到了零点几个 纳米的水平。
电子显微镜与光学显微镜的 光路比较
加速电压与电子束波长的关系
使用电镜的电子衍射功能可以判 断样品的结晶状态： 单晶为排列完好的点阵。 多晶为一组序列直径的同心环。 非晶为一对称的球形。
单晶，多晶与非晶的电子衍射图
一些样品的电镜照片
高分子球
碳棒
MCM41
一些样品的电镜照片
Ni晶粒
催化剂 表面 Co颗粒
不同温度下TiO2晶粒生长的情况
纤维，角形和花状的电镜照片
电子显微镜的产生
既然是光源限制了显微镜的放大倍 数和分辨率的发展，人们自然会想 到：要想提高显微镜的放大倍数和 分辨率，就应该更换波长更短的光 源。随着人们对电磁波的认识，人 们了解到：在一定的电压下电子束 的波长可以达到零点几个纳米，使 用电子束做为光源，显微镜的分辨 率就可能提高几个数量级。
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俄歇电子
• 原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的 能量并不以X射线形式发射出去，而是用这 部分能量把空位层内的另一个电子发射出 去（或使空位层电子发射出去），这个被 电离出来的电子成为俄歇电子。 • 俄歇电子自由程很小，<1nm逸出的的俄歇 电子具有能量，因此，俄歇电子特别适用 于做表层成分分析。
• 定义：入射电子作用下被轰击出来并离开 样品表面的核外电子。 • 性质：能量低，一般不超过50eV。 • 范围：一般都是在距表层5~10nm深度范围 内被激发出来。
• 应用：对样品表面状态十分敏感，能非常 有效地显示样品的表面形貌。不能用来进 行成分分析。
Hale Waihona Puke Baidu 产额比较
吸收电子
• 定义：入射电子进入样品后，多次非弹性 碰撞，能量损失殆尽，被样品吸收。 • 电流强度：Ia=I0—(I b +Is) • 应用：吸收电子能够产生原子序数衬度， 可进行定性地微区成分分析。 • 原子序数衬度：SEM或TEM中由于试样表面 物质序数（或化学成分）差别而形成的衬 度。
透射电子
• 一部分入射电子穿过薄样品而成为透射电 子
• 投射电子的信号由微区的厚度，成分，晶 体机构决定 • 应用：特征能量损失电子是和分析区域的 成分有关，可以利用特征能量损失电子配 合电子能量分析器来进行微区成分分析。
特征X射线
• 内层电子被激发活电离，形成空缺，外层 电子跃迁内层，以X射线发出能量。 • 特征波长：λ=hc/ Δ E • X射线的波长和原子序数之间服从莫塞莱定 律： λ=K/(Z—σ)2 用X射线探测器测到样品微区中的存在某 一种特征波长，就可以判定这个微区中存 在相应的元素。
电子束与固体样品相互作用
背散射电子
• 定义：被固体样品中的原子反弹回来的一 部分入射电子。 • 分类：弹性和非弹性 • 应用：来自于样品表层几百纳米范围。它 的产额随原子序数增大而增多。所以不仅 能做形貌分析，而且可以用来显示原子序 数衬度，定性地用作成分分析。
背散射电子
背散射电子
二次电子
电子束与固体样品作用时产生的各种信号比较
其他信号
• 除了上面列出的6种信号外，固体样品中还 会产生例如阴极荧光，电子束感生效应和 电动势等信号，这些信号经过调制之后也 可用于专门的分析
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