第10讲 电子与固体物质的相互作用

第10讲

教学目的：使学生了解电子与固体物质的相互作用

教学重点：电子与固体物质相互作用产生信号机理及各种信号作用深度

第二节 电子与固体物质的相互作用

2.1电子散射

当一束聚焦电子束沿一定方向射入试样时，在原子库仑电场作用下，入射电子方向改变，称为散射。原子对电子的散射可分为弹性散射和非弹性散射。在弹性散射过程中，电子只改变方向，而能量基本无损失。在非弹性散射过程中，电子不但改变方向，能量也有不同程度的减少，转变为热、光、X 射线和二次电子发射。

原子对电子的散射可分为： a 原子核对电子的弹性散射 b 原子核对电子的非弹性散射 c 核外电子对入射电子的非弹性散射

2.2内层电子激发后的弛豫过程

当内层电子被运动的电子轰击脱离原子后，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。它可以是辐射跃迁，即特征X 射线；也可以是非辐射跃迁，如俄歇电子发射，这些过程都具特征能量，可用来进行成分分析。 2.3各种电子信号

在电子与固体物质相互作用过程中产生的电子信号，除了二次电子、俄歇电子和特征能量损失电子外，还有背散射电子、透射电子和吸收电子等。

二次电子

背散射电子 俄歇电子

X 射线

阴极荧光

入射电子束

a 背散射电子

电子射入试样后，受到原子的弹性和非弹性散射，有一部分电子的总散射角大于90°，重新从试样表面逸出，称为背散射电子，这个过程称为背散射。可分为弹性背散射、单次（多次）非弹性背散射。通过接收电子的探测仪，可探测不同能量的电子数目。 b 透射电子

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。

TEM 就是应用透射电子成像的。如果试样只有10~20nm 的厚度，则透射电子主要由弹性散射电子组成，成像清晰。

如果试样较厚，则透射电子有相当部分是非弹性散射电子，能量低于E 0，且是变量，经过磁透镜后，由于色差，影响了成像清晰度。 c 吸收电子

入射电子经过多次非弹性散射后能量损失殆尽，不再产生其它效应，一般被试样吸收，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中。

d 二次电子SE

样品中原子外壳层释放出来，用于表面微观形貌观察。

e 特征X 射线

高能电子入射到样品时，样品中元素的原子内壳层(如K 、L 壳层) 处于激发态，原子较外层电子将迅速跃迁到有空位的内壳层，以填补空位降低原子系统的总能量，并以特征X 射线释放出多余的能量。特征X 射线用于WDS 或EDS 的定性和定量分析。

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2.4相互作用体积与信号产生的深度和广度

2.4.1相互作用体积

当电子射入试样

后，受到原子的弹

性、非弹性散射。

特别是在许多次

的散射后，电子在

各个方向散射的

几率相等，也即发

生漫散射。由于这

种扩散过程，电子

与物质的相互作

用不限于电入射

方向，而是有一定

的体积范围，此体

积范围称为相互

作用体积。

2.4.2各种物理信号产生的深度和广度

二次电子<10nm

背散射电子>10nm

X射线~1um

俄歇电子<1nm

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小结：

1.高能电子束照射在试样上将产生各种电子及物理信号。利用这些信号可以进行成像、衍射及微区成分分析。也就引申出我们即将讲述的透射电子显微镜、扫描电子显微镜和电子探针x射线显微分析仪。