電鏡學堂丨掃描電子顯微鏡的基本原理(二) - 像襯度形成原理

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發(fā)表時間：2020-07-07 11:44

§2. 原子序數(shù)Z 襯度（成分襯度）

A. 二次電子產(chǎn)額δ 和原子序數(shù)Z 的關(guān)系

圖 2-23 不同物質(zhì)的SE產(chǎn)額不同

二次電子產(chǎn)額除了形貌外、和入射電子束能量及原子序數(shù)Z 也有一定的關(guān)系，如圖 2-23。二次電子產(chǎn)額與原子序數(shù)之間是個復雜的關(guān)系。不同原子序數(shù)的物質(zhì)由于核外電子數(shù)目不同以及電離能的差別，導致二次電子產(chǎn)額和原子序數(shù)也有一定的關(guān)系；此外，不同的原子序數(shù)對背散射的產(chǎn)額也有差異，而背散射電子也會產(chǎn)生二次電子。

二次電子產(chǎn)額在總體上隨著原子序數(shù)的增大而增加。在Z 小于20時，δ 隨著原子序數(shù)Z 的增加也有所增加；當原子序數(shù)Z 大于20時，二次電子產(chǎn)額基本上不隨原子序數(shù)變化，只有Z 小的元素的二次電子產(chǎn)額與試樣的組分有關(guān)。所以二次電子通常情況下用于觀察表面形貌，而不用于觀察成分分布；不過在原子序數(shù)較低或差異較大的時候，二次電子也能看出原子序數(shù)襯度。

B. 背散射電子系數(shù)η 與原子序數(shù)Z 的關(guān)系

背散射電子系數(shù)η 與原子序數(shù)Z 具有如下關(guān)系式，η 隨著Z 的增大而增大，如圖 2- 24所示。

η＝-0.0254+0.016Z-0.000186Z²+8.3×10^-7Z³

　　　　　　　　　　　　圖 2-24 背散射系數(shù)和原子序數(shù)的關(guān)系　　　圖 2-25 SE和BSE產(chǎn)額與原子序數(shù)的關(guān)系

C. 原子序數(shù)襯度

圖2-25是二次電子和背散射電子產(chǎn)額與原子序數(shù)之間的關(guān)系圖。由圖2-25可以看出，無論是二次電子還是背散射電子，其產(chǎn)額都隨著原子序數(shù)的增加而增加。故在進行分析時，試樣中原子序數(shù)較高的區(qū)域可以發(fā)射出比原子序數(shù)較低區(qū)域更多的二次電子和背散射電子，也就是說原子序數(shù)較高的區(qū)域圖像更亮，這就是原子序數(shù)襯度的原理。

另外，圖2-25也說明了一個問題，二次電子反映的原子序數(shù)Z 襯度相比背散射電子要弱很多。

在原子序數(shù)Z 較小，或者Z 相差很大時，二次電子還能夠表現(xiàn)出較好的原子序數(shù)Z 襯度。如圖2-26，左圖是碳銀混合材料的 SE像，碳的原子序數(shù)很小，而銀的原子序數(shù)較大，兩者的二次電子產(chǎn)額依然有較大的差異，所以我們可以很容易的從二次電子圖像上來區(qū)分出碳和銀。而右邊背散射電子圖像的成分襯度更加明顯，不過其表面細節(jié)卻遠不如二次電子圖像。

圖 2-26 碳銀混合材料的 SE、BSE圖像和碳、銀電子產(chǎn)額

雖然二次電子和背散射電子都能表現(xiàn)原子序數(shù)襯度，不過無論原子序數(shù)Z 如何，背散射電子對原子序數(shù)的敏感度都始終比二次電子高得多。所以在進行成分分析時候，背散射電子使用的更為廣泛。我們可以從背散射電子像的亮度差別，再根據(jù)對試樣的了解，快速定性判斷出物相類型。

再如圖2-27，試樣是銅包鋁導線材料截面，外面為銅，內(nèi)部為鋁。由于鋁和銅的原子序數(shù)差異不大，兩者二次電子產(chǎn)額的差異變得較小，故而 SE圖像已經(jīng)不能很好的區(qū)分不同的組分；而背散射電子的產(chǎn)額依然有較大的差異，所以 BSE像的襯度十分明顯，可以輕易的區(qū)分銅和鋁的分布情況。