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2、微鏡分辨率自然比光學(xué)顯微鏡優(yōu)越許多,但是掃描式電子顯微鏡的電子束 直徑大多在50-100?之間,電子與原子核的彈性散射 (Elastic Scattering) 與非彈 性散射 (Inelastic Scattering) 的反應(yīng)體積又會(huì)比原有的電子束直徑增大,因此一 般穿透式電子顯微鏡的分辨率比掃描式電子顯微鏡高。 3. 掃描式顯微鏡有一重要特色是具有超大的景深(depth of field),約為光學(xué)顯微 鏡的300倍,使得掃描式顯微鏡比光學(xué)顯微鏡更適合觀察表面起伏程度較大的樣品。 4. 掃描式電子顯微鏡,其系統(tǒng)設(shè)計(jì)由上而下,由電子槍 (Electron Gun) 發(fā)射電子 束,經(jīng)過一組磁
3、透鏡聚焦 (Condenser Lens) 聚焦后,用遮蔽孔徑 (Condenser Aperture ) 選擇電子束的尺寸(Beam Size)后,通過一組控制電子束的掃描線圈,再透過物鏡 (Objective Lens) 聚焦,打在樣品上,在樣品的上側(cè)裝有訊號(hào)接收器,用以擇取二 次電子 (Secondary Electron) 或背向散射電子 (Backscattered Electron) 成像。 5. 電子槍的必要特性是亮度要高、電子能量散布 (Energy Spread) 要小,目前常用 的種類計(jì)有三種,鎢(W)燈絲、六硼化鑭(LaB6)燈絲、場(chǎng)發(fā)射 (Field Emission)
4、,不 同的燈絲在電子源大小、電流量、電流穩(wěn)定度及電子源壽命等均有差異。 6. 熱游離方式電子槍有鎢(W)燈絲及六硼化鑭(LaB6)燈絲兩種,它是利用高溫使電子 具有足夠的能量去克服電子槍材料的功函數(shù)(work function)能障而逃離。對(duì)發(fā)射電 流密度有重大影響的變量是溫度和功函數(shù),但因操作電子槍時(shí)均希望能以最低的溫度 來操作,以減少材料的揮發(fā),所以在操作溫度不提高的狀況下,就需采用低功函數(shù)的 材料來提高發(fā)射電流密度。 7. 價(jià)錢最便宜使用最普遍的是鎢燈絲,以熱游離 (Thermionization) 式來發(fā)射電子 ,電子能量散布為 2 eV,鎢的功函數(shù)約為4.5eV,鎢燈絲系一直徑約10
5、0m,彎曲成 V形的細(xì)線,操作溫度約2700K,電流密度為1.75A一為非彈性 碰撞,入射電子束會(huì)將部份能量傳給樣品,而產(chǎn)生二次電子、背向散射電子、俄歇電 子、X光、長(zhǎng)波電磁放射、電子-空位對(duì)等。這些信號(hào)可供SEM運(yùn)用者有二次電子、背 向散射電子、X光、陰極發(fā)光、吸收電子及電子束引起電流(EBIC)等。 30. 二次電子(Secondary Electrons):電子束和樣品作用,可將傳導(dǎo)能帶(conduction band)的電子擊出,此即為二次電子,其能量約< 50eV。由于是低能量電子,所以 只有在距離樣品表面約50500?深度范圍內(nèi)所產(chǎn)生之二次電子,才有機(jī)會(huì)逃離樣品表 面而被偵測(cè)
6、到。由于二次電子產(chǎn)生的數(shù)量,會(huì)受到樣品表面起伏狀況影響,所以二次 電子影像可以觀察出樣品表面之形貌特征。 31. 背向散射電子(Backscattered Electrons):入射電子與樣品子發(fā)生彈性碰撞, 而逃離樣品表面的高能量電子,其動(dòng)能等于或略小于入射電子的能量。背向散射電子 產(chǎn)生的數(shù)量,會(huì)因樣品元素種類不同而有差異,樣品中平均原子序越高的區(qū)域,釋放 出來的背向散射電子越多,背向散射電子影像也就越亮,因此背向散射電子影像有時(shí) 又稱為原子序?qū)Ρ扔跋?。由于背向散射電子產(chǎn)生于距樣品表面約5000?的深度范圍內(nèi) ,由于入射電子進(jìn)入樣品內(nèi)部較深,電子束已被散射開來,因此背向散射電子影像分 辨率不
7、及二次電子影像。 32. X光:入射電子和樣品進(jìn)行非彈性碰撞可產(chǎn)生連續(xù)X光和特征X光,前者系入射電 子減速所放出的連續(xù)光譜,形成背景決定最少分析之量,后者系特定能階間之能量差 ,可藉以分析成分元素。 33. 電子束引致電流(Electron-beam induced Current , EBIC):當(dāng)一個(gè)p-n接面(Junction )經(jīng)電子束照射后,會(huì)產(chǎn)生過多的電子-空位對(duì),這些載子擴(kuò)散時(shí)被p-n接面的電場(chǎng)收 集,外加線路時(shí)即會(huì)產(chǎn)生電流。 34. 陰極發(fā)光(Cathodoluminescence):當(dāng)電子束產(chǎn)生之電子-空位對(duì)再結(jié)合時(shí),會(huì)放 出各種波長(zhǎng)電磁波,此為陰極發(fā)光(CL),不同材料發(fā)出
8、不同顏色之光。 35. 樣品電流(Specimen Current):電子束射到樣品上時(shí),一部份產(chǎn)生二次電子及背 向散射電子,另一部份則留在樣品里,當(dāng)樣品接地時(shí)即產(chǎn)生樣品電流。 36. 電子偵測(cè)器有兩種,一種是閃爍計(jì)數(shù)器偵測(cè)器(Scintillator),常用于偵測(cè)能量 較低的二次電子,另一種是固態(tài)偵測(cè)器(solid state detector),則用于偵測(cè)能量較 高的反射電子。 37. 影響電子顯微鏡影像品質(zhì)的因素: A. 電子槍的種類:使用場(chǎng)發(fā)射、LaB6或鎢絲的電子槍。 B. 電磁透鏡的完美度。 C. 電磁透鏡的型式: In-lens ,semi in-lens, off-lens D
9、. 樣品室的潔凈度: 避免粉塵、水氣、油氣等污染。 E. 操作條件: 加速電壓、工作電流、儀器調(diào)整、樣品處理、真空度。 F. 環(huán)境因素: 振動(dòng)、磁場(chǎng)、噪音、接地。 38. 如何做好SEM的影像,一般由樣品的種類和所要的結(jié)果來決定觀察條件,調(diào)整適 當(dāng)?shù)募铀匐妷?、工作距離 (WD)、適當(dāng)?shù)臉悠穬A斜,選擇適當(dāng)?shù)膫蓽y(cè)器、調(diào)整合適的 電子束電流。 39. 一般來說,加速電壓提高,電子束波長(zhǎng)越短,理論上,只考慮電子束直徑的大小 ,加速電壓愈大,可得到愈小的聚焦電子束,因而提高分辨率,然而提高加速電壓卻 有一些不可忽視的缺點(diǎn): A. 無法看到樣品表面的微細(xì)結(jié)構(gòu)。 B. 會(huì)出現(xiàn)不尋常的邊緣效應(yīng)。 C. 電荷累
10、積的可能性增高。 D. 樣品損傷的可能性增高。 因此適當(dāng)?shù)募铀匐妷赫{(diào)整,才可獲得最清晰的影像。 40. 適當(dāng)?shù)墓ぷ骶嚯x的選擇,可以得到最好的影像。較短的工作距離,電子訊號(hào)接收 較佳,可以得到較高的分辨率,但是景深縮短。較長(zhǎng)的工作距離,分辨率較差,但是 影像景深較長(zhǎng),表面起伏較大的樣品可得到較均勻清晰的影像。 41. SEM樣品若為金屬或?qū)щ娦粤己?,則表面不需任何處理,可直接觀察。若為非導(dǎo) 體,則需鍍上一層金屬膜或碳膜協(xié)助樣品導(dǎo)電,膜層應(yīng)均勻無明顯特征,以避免干擾 樣品表面。金屬膜較碳膜容易鍍,適用于SEM影像觀察,通常為Au或Au-Pd合金或Pt。 而碳膜較適于X光微區(qū)分析,主要是因?yàn)樘嫉脑?/p>
11、序低,可以減少X光吸收。 42. SEM樣品制備一般原則為: A. 顯露出所欲分析的位置。 B. 表面導(dǎo)電性良好,需能排除電荷。 C. 不得有松動(dòng)的粉末或碎屑(以避免抽真空時(shí)粉末飛揚(yáng)污染鏡柱體)。 D. 需耐熱,不得有熔融蒸發(fā)的現(xiàn)象。 E. 不能含液狀或膠狀物質(zhì),以免揮發(fā)。 F. 非導(dǎo)體表面需鍍金(影像觀察)或鍍碳(成份分析)。 43. 鍍導(dǎo)電膜的選擇,在放大倍率低于1000倍時(shí),可以鍍一層較厚的Au,以提高導(dǎo)電 度。放大倍率低于10000倍時(shí),可以鍍一層Au來增加導(dǎo)電度。放大倍率低于100000倍 時(shí),可以鍍一層Pt或Au-Pd合金,在超過100000時(shí),以鍍一層超薄的Pt或Cr膜較佳。 44. 電子束與樣品作用,當(dāng)內(nèi)層電子被擊出后,外層電子掉入原子內(nèi)層電子軌道而放 出X光,不同原子序,不同能階電子所產(chǎn)生的X光各不相同,稱為特征X光,分析特征 X光,可分析樣品元素成份。 45. 分析特征X光的方式,可分析特征X光的能量分布,稱為EDS,或分析特征X光的波 長(zhǎng),稱為WDS。X光能譜的分辨率,在EDS中約有100200eV的分辨率,在WDS中則有5 10eV的分辨率。由于EDS的分辨率較WDS差,因此在能譜的解析上,較易產(chǎn)生重迭的情形。 4
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