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第三章粒子（束）與材料的互相作用第一節(jié)電子束與材料的互相作用第二節(jié)離子束與材料的互相作用（略）一、電子束與物質(zhì)的互相作用O入射電子

●原子中的核外電子或二次電子（1）散射；（2）激發(fā)；（3）受激發(fā)粒子在固體中的傳輸。3

一、散射

當一束聚焦電子沿一定方向射到固體上時，在固體原子的庫侖電場作用下，入射電子方向?qū)l(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為（電子）散射。有彈性散射和非彈性散射之分。原子中的原子核和核外電子對入射電子都有散射作用。對比：物質(zhì)對X射線的散射4

瞄準距離散射角核電荷數(shù)或原子序數(shù)注意：電子通過原子核和電子時偏轉(zhuǎn)方向不同!入射方向與散射方向之間的夾角電子入射方向與原子核或電子之間的距離電子衍射及成像的基礎(chǔ)

電子散射示意圖與原子核作用與核外電子作用5

1.原子核對入射電子的散射

電子受散射后損失的能量

電子的初始能量散射基元(原子核)的質(zhì)量數(shù)(質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和)半散射角由公式可知，電子的能量損失與入射能量相比，可無視。因此，原子核對電子的散射普通狀況下均可視為彈性散射。6

2.核外電子對入射電子的散射

原子中核外電子對入射電子的散射作用是一種非彈性散射。在非彈性散射過程中，入射電子所損失的能量部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，部分使物質(zhì)產(chǎn)生多個激發(fā)現(xiàn)象，如原子電離、自由載流子、二次電子、俄歇電子、特性X射線、特性能量損失電子、陰極熒光、電子感生電導等——電子激發(fā)。7

3.散射截面

入射電子被原子核散射時，散射角2的大小與瞄準距離rn、原子核電荷Ze以及入射電子的加速電壓V有關(guān)，其關(guān)系為

rn2叫做彈性散射截面，用n表達。當入射電子與核外電子作用時，散射角2為

re2為核外電子的非彈性散射截面，用e表達。8

彈性散射截面為n非彈性散射截面則為全部核外電子非彈性散射截面之和Ze，則n/Ze=Z因此，原子序數(shù)越高，產(chǎn)生彈性散射的比例就越大。對一種原子序數(shù)為Z的孤立原子9

4.電子吸取電子吸?。河捎陔娮幽芰克p而引發(fā)的強度（電子數(shù)）衰減。電子被吸取時所達成的深度稱為最大穿入深度（R）。入射電子在固體中傳輸時的能量損失曲線（E0=1keV、3keV、5keV和8keV）入射電子的能量越大，穿入深度越大。固體對電子的“吸取”比對X射線的吸取快。二、電子與固體作用產(chǎn)生的信號彈性散射和非彈性散射同時發(fā)生。前者使電子偏離原來方向引發(fā)電子在固體中擴散；后者使電子能量逐步減小，直至被固體吸取，從而限制了電子在固體中的擴散范疇，這個范疇稱為電子與固體的作用區(qū)。掃描電子顯微鏡和其它有關(guān)分析技術(shù)檢測的多個信號和輻射正是來自這個作用區(qū)。11

入射電子束與固體作用產(chǎn)生的發(fā)射現(xiàn)象背散射電子流IR，涉及彈性背散射電子和非彈性背散射電子。二次電子流IS，涉及（真）二次電子和特性二次電子（俄歇電子）樣品吸取電流IA電子激發(fā)誘導的X射線輻射強度IX①持續(xù)的X射線②特性X射線③X射線熒光（二次特性X射線）表面元素發(fā)射的總強度IE透射電子流IT入射電子流I0

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1-入射電子束2-俄歇電子激發(fā)體積3-樣品表面4-二次電子激發(fā)體積5-背散射電子激發(fā)體積6-初級X射線激發(fā)體積入射電子產(chǎn)生的多個信息的深度和廣度范疇(a)電子束散射區(qū)域形狀(梨形作用體積)(b)重元素樣品的電子束散射區(qū)域形狀(半球形作用體積)13

從表面發(fā)射出去的二次電子流與入射電子流的比值（IS/I0）稱為二次電子產(chǎn)額，用表達。二次電子產(chǎn)額與電子能量和入射角的普遍關(guān)系入射角

越大，

越大；電子能量增加，

開始增加，達極大值后反而減少.14

3.電子能譜

電子與固體作用產(chǎn)生的發(fā)射電子譜（示意圖）二次電子像——掃描電鏡的重要成像方式俄歇電子能譜（AES）掃描電鏡背散射電子像、低能電子衍射（LEED）、反射式高能電子衍射（RHEED）電子能量損失譜（EELS）陰極熒光軔致輻射特性X射線透射電子樣品俄歇電子衍射電子二次電子背散射電子吸取電子電子探針掃描電鏡透射電鏡俄歇電子譜儀入射