SEM第三四章..ppt

电子激发产生阴极荧光有三种形式： 一是带间激发, 即受入射电子的激发, 价带中的电子能够获得能量进入导带, 使电子处于激发状态, 去激过程导带电子跃回价带释放能量, 形成带间激发，带间激发可以表征所测物体的特性 二是缺陷激发, 由于带间存在缺陷,去激过程发生在缺陷能级中 三是杂质激发, 由于材料中杂质的存在, 在带间存在杂质能级, 因此, 去激过程发生在杂质能级中 仪器简介 英国Gatan公司生产出品的MonoCL3+型高性能阴极荧光谱仪。由荧光接收探头、单色仪、光电倍增管及分析软件等组成。阴极荧光（CL）接收探头是具有200-900nm波长全色和单色接收功能的高清晰CL探头, 长75mm, 厚6mm探头是一个镀铝的抛物面反光镜, 中央有一个小孔, 电子束通过这个小孔打到被放在抛物面探头焦点处的样品上, 激发样品表面产生荧光信号光信号经抛物面镜反射成一组平行光进入分光系统, 分光系统入口处有两个旋转钮可以切换两种不同的成像模式：全色模式和单色模式。在全色模式下（200-900nm波长）, 光不通过单色仪而直接到达光电倍增管接收器转换成像, 我们就可以得到样品的全色阴极荧光图像。在单色模式下, 光信号通过30cm的单色分光系统(狭缝可调宽度0.01-5mm),光谱分辨率为0.5nm, 经过光栅分光再送到光电倍增管形成荧光光谱, 并可获得单色阴极荧光图像,通过这套系统, 我们可以在亚微米乃至纳米尺度上获得发光物质的全色和单色阴极荧光图像,以及进行阴极荧光光谱分析, 其分析功能齐全、图像分辨率高。 光路图 §4-3 反差 反差定义为：C=（Smax-Smin）/Smax Smax、Smin代表扫描光栅中任意两点上被检测到的信号。 C为正数 0≤C≤1 反差代表与样品性质有关信号中的信息，这些性质是我们要测定的。 在电子束与样品的相互作用过程中，样品的形貌、成分、晶体取向、导 电等性质，产生的信号强度不同，电子图像上出现不同的亮度差别，这就是图像的反差（衬度）。 1.成分反差（背散射电子信号） 利用背散射电子信号能够得到样品中不同区域内平均原子序数的相 对差别，这种反差称为“成分反差”。检测信号S∝η a.η随Z（化合物时为平均原子序数）单调增加，所以样品中平均原子序数高的区域比原子序数低的区域亮 b.原子序数相差小的两元素产生的反差低，原子序数差别较大的两元素的反差要大得多。如AL和Si的反差为0.067，Al和Au的反差为0.69 c.对元素周期表中的各相邻两元素来说，当原子序数增加时，原子序数反差减少，这是由于η和Z的关系曲线的斜率随Z的增加而下降所致。如AL－ Si的反差为0.067， Au和Pt的反差则降低到0.041。 二次电子信号成分反差不明显，因二次电子系数不随原 子序数而显著变化。 BSE电子图像 BSE电子图像 二次电子图像 背散射电子象中成分象和形貌象的分离 COMPO象-成分象 TOP象-形貌象 2.形貌反差 背散射电子和二次电子的产生与电子束和样品之间的入 射角有关，入射角因样品表面的形貌起伏而变化，这就形成 了样品的形貌反差。在普通的扫描电子显微技术中形貌反差 是最重要的反差。 对形貌反差有贡献的几种效应： a.总的背散射系数，随样品的倾斜成单调函数增加 b.背散射电子的角度分布于样品的倾斜角有关。在垂直入射 θ=00时，分布遵循余弦定律，而在θ00时，这个分布在向 前散射的方向上趋于一个明显的峰。 c.总的二次电子系数随表面的倾斜角而变化，近似为 δ∝δsecθ=δ0/cosθ,因此倾斜表面产生的二次电子比垂 直电子束表面的多。 §4-4图像质量 1.反差阈 SEM成像过程本质上是离散事件的计数（取样过程的时 间内，随机分布先后到达的二次电子等信号就是离散事件） 探测器检测到的信号S就是对这些离散事件的计数n。有人研 究了噪音对图像的影响，导出了一个公式： 阈值公式：ⅰb4×10-12/εc2tf ib是束流ε是接收效率;c是样品衬度;tf是帧扫时间 从阈值公式我们可以看出，在规定的帧扫描和收集效率下，检测图 像中两点的反差值C，可算出必须利用的最低束流。如果规定了某个束流 这个公式也可以计算出成像的最低反差值。如果视场中物体形成不了这 个反差值，就不可能将物体与随机起伏的背景区分开。 亮度公式：B=4ⅰ/∏2d2α2（A/cm2sr） 阈值电流公式：ⅰb4×10-12/εc2tf 这两个公式是研究获得最佳扫描电镜图像的基础. 阈值公式: 说明了样品——电子束——探测系统的主要性质[即