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及核外电子发生作用，产生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范围。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。

④透射电子

如果样品厚度小于入射电子的有效穿透深度，那么就会有相当数量的入射电子能够穿过薄样品而成为透射电子。一般用它对薄样品进行成像和衍射分析。样品下方检测到的透射电子信号中，除了有能量与入射电子相当的弹性散射电子外，还有各种不同能量损失的非弹性散射电子。其中有些待征能量损失ΔE的非弹性散射电子和分析区域的成分有关，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。

⑤特性X射线

特征X射线是原子的内层电子受到激发以后，在能级跃迁过程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电磁波辐射。发射的X射线波长具有特征值，波长和原子序数之间服从莫塞莱定律。因此，原子序数和特征能量之间是有对应关系的，利用这一对应关系可以进行成分分析。如果用X射线探测器测到了样品微区中存在某一特征波长，就可以判定该微区中存在的相应元素。

⑥俄歇电子

如果原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量不以X 射线的形式释放，而是用该能量将核外另一电子打出，脱离原子变为二次电子，这种二次电子叫做俄歇电子。因为每一种原子都有自己特定的壳层能量，所以它们的俄歇电子能量也各有特征值，一般在50-1500 eV 范围之内。俄歇电子是由试样表面极有限的几个原子层中发出的，这说明俄歇电子信号适用于表层化学成分分析。

2、扫描电镜的分辨率受哪些因素影响，用不同的信号成像时，其分辨率有何不同？所谓扫描电镜的分辨率是指用何种信号成像时的分辨率？

答：在其他条件相同的情况下（如信噪比、磁场条件及机械振动等）电子束束斑大小，检测信号的类型，检测部位的原子序数是影响扫描电镜分辨率的三大因素。用不同信号成像，其分辨率相差较大，列表说明：

3、扫描电镜的成像原理与透时电镜有何不同？

答：两者完全不同。透射电镜用电磁透镜放大成像，而扫描电镜则是以类似电视机摄影显像的方式，利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激发出的各种物理信号来调制而成。

4、二次电子像和背散射电子像在显示表面形貌衬度时有何相同与不同之处?

答：相同处：均利用电子信号的强弱来行成形貌衬度

不同处：

① 分辨率不同。背散射电子是在一个较大的作用体积内被入射电子激发出来的，成像单元

较大，因而分辨率较二次电子像低。

② 能量和运动轨迹不同。背散射电子能量较高，以直线逸出，因而样品背部的电子无法被

检测到，成一片阴影，衬度较大，无法分析细节；利用二次电子作形貌分析时，可以利用在检测器收集光栅上加上正电压来吸收较低能量的二次电子，使样品背部及凹坑等处逸出的电子以弧线状运动轨迹被吸收，因而使图像层次增加，细节清晰。

5、说明背散射电子像和吸收电子像的原子序数衬度形成原理，并举例说明在分析样品中元素元素分布的应用。

答：右图显示原子序数对背散射电子产额的影响。随着

原子序数Z 增大，产额增大。样品表面平均原子序数大

的微区，背散射电子信号强度较高，可以根据背散射电

子像的亮暗衬度来判断相应区域原子序数的相对高低，

对金属及其合金进行定性成分分析。

吸收电子也是对样品中原子序数敏感的一种物理信号。

由入射电子束于样品的相互作用可知：i I =i B +i A +i T +i S 式

中，i I 是入射电子流，i B ，i T 和i S 分别代表背散射电子，

透射电子，二次电子的电流，而i A 为吸收电子电流。对

信号 二次电子 背散射电子 吸收电子 特征X 射线 俄歇电子 分辨率（nm ） 5~10 50~200 100~1000 100~1000 5~10

于样品厚度足够大时，入射电子不能穿透样品，所以透射电子电流为零，这时的入射电子电流可表示为：i I =i B+i A +i S，由于二次电子信号与原子序数无关（可设i S=C），则吸收电子电流为：i A = (i I -C) - i B在一定条件下，入射电子束电流是一定的，所以吸收电流与背散射电流存在互补关系。因此，吸收电子像的衬度是与背散射电子和二次电子的衬度互补的。所以，背散射电子图像上的亮区在相应的吸收电子图像上必定是暗区。

奥氏体铸铁的显微组织

(a)背散射电子像(b)吸收电子像

在图上可以看出，在背散射电子像上的石墨条呈现暗的衬度，而在吸收电子像上呈现亮的衬度。

6、当电子束入射重元素和轻元素时，其作用体积有何不同？各自产生的信号分辨率有何特点？

答：

作用体积分辨率