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掃描電鏡(SEM)是如何檢測樣品信息的

 更新時間:2017-12-20 點擊量:4735

掃描電鏡(SEM)是一種用途廣泛的科學儀器,它可以根據(jù)用戶的需求提供樣品不同類型的信息。在這里我們將闡述在掃描電鏡(SEM)中產(chǎn)生的不同類型的電子,它們是如何被檢測出來的,以及它們可以提供的信息等。

 

電子顯微鏡是通過電子束來成像的。在圖1中,您可以看到電子與物質(zhì)相互作用所產(chǎn)生的各種信號,所有這些不同類型的信號攜帶著關于樣品的不同的有用信息,由電子顯微鏡的操作人員根據(jù)需要選擇接收的信號。

 

例如在透射電鏡(TEM)中,正如它的名字所示,檢測到的信號是透過樣品的電子,會提供樣品內(nèi)部結構的信息。在掃描電鏡(SEM)下,通常需要檢測兩種類型的信號:背散射電子(BSE)和二次電子(SE)。

 

圖1:電子與物質(zhì)相互作用區(qū)域,產(chǎn)生不同類型的信號

 

背散射電子的成像(BSE)

 

這種類型的電子來源于相互作用體積內(nèi)的一個寬廣區(qū)域。它們是入射電子與物質(zhì)原*彈性碰撞的結果,這導致了入射電子軌道的變化??梢园讶肷潆娮优c物質(zhì)原子碰撞看作是所謂的“臺球”模型,小粒子(入射電子)與較大的粒子(原子)相撞。較重的原子比輕原子更容易散射電子,從而產(chǎn)生更強的信號(圖2),因此背散射電子到達探測器的數(shù)量與物質(zhì)的原子序數(shù)成正比。這種背散射電子(BSE)數(shù)量對原子序數(shù)的依賴幫助我們區(qū)分不同的成分區(qū)域,提供了樣本成分組成信息的成像。此外,BSE圖像還可以提供關于樣品晶相、形貌和磁場等有價值的信息。

 

圖2:a)鋁/ 銅樣品的SEM圖像,b),c)電子束與鋁和銅相互作用的簡化圖解。銅原子(更高的原子序數(shù))與較輕的鋁原子相比,將更多的入射電子散射到探測器上,因此在SEM圖像中看起來更亮。

 

zui常見的BSE探測器是包含p-n結的固態(tài)探測器,其工作原理是利用逸出樣品后被探測器吸收的背散射電子產(chǎn)生的電子空穴對為基礎。這些電子空穴對的數(shù)量取決于背散射電子的能量。p- n結連接到兩個電極上,其中一個電極吸引電子,另一個吸引空穴從而產(chǎn)生電流,電流大小取決于所吸收的背散射電子的數(shù)量。

 

BSE檢測器位于樣品上方,與入射電子束形成“甜甜圈”排列,它們由對稱分離的部分組成,以便zui大限度地收集背散射電子。當所有的部分都被啟用時,圖像的對比度描繪了樣品的原子序數(shù)信息。通過只啟用探測器的特定象限,圖像反應樣品的形貌信息。

 

圖3:背散射電子探測器和二次電子探測器的位置。

 

二次電子

 

相反,二次電子來源于樣品表面和接近表面的區(qū)域。它們是入射電子束與樣品之間非彈性散射的結果,其能量比背散射電子低。二次電子對于樣品表面的細節(jié)反映非常有用,如圖4所示:

 

圖4:葉子的成像:a)背散射成分像(BSD) b)背散射形貌像(BSD) c)二次電子像

 

E-T型探測器是zui常用的二次電子探測器。它由一個法拉第籠內(nèi)的閃爍體組成,它帶正電可以吸引二次電子。之后閃爍體加速電子并將它們轉(zhuǎn)換成光,然后到達光電倍增管進行放大,二次電子檢測器以一定的角度被放置在樣品室的一側(cè),有助于提高二次電子的檢測效率。

 

這兩類電子是掃描電鏡(SEM)用戶zui常用的成像信號。并非所有的SEM用戶都只需要一種類型的信息,因此擁有多個探測器的表征功能使SEM成為一種通用的工具,可以為許多不同的應用提供有價值的解決方案。

 

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