SEM二次电子成像和背散射电子成像

扫描电镜二次电子及背散射电子成像技术扫描电镜成像主要是利用样品表面的微区特征，如形貌、原子序数、化学成分、晶体结构或位向等差异，在电子束作用下产生不同强度的物理信号，使阴极射线管荧光屏上不同的区域呈现出不同的亮度，从而获得具有一定衬度的图像，常用的包括主要由二次电子(SE，secondaryelectron)信号所形成的形貌衬度像和由背散射电子(BSE,backscatteredelectron)信号所形成的原子序数衬度像。1.二次电子(SE)像—形貌衬度二次电子是被入射电子轰击出的原子的核外电子，其主要特点是：(1)能量小于50eV，在固体样品中的平均自由程只有10～100nm，在这样浅的表层里，入射电子与样品原子只发出有限次数的散射，因此基本上未向侧向扩散；(2)二次电子的产额强烈依赖于入射束与试样表面法线间的夹角a,a大的面发射的二次电子多，反之则少。根据上述特点，二次电子像主要是反映样品表面10nm左右的形貌特征，像的衬度是形貌衬度，衬度的形成主要取于样品表面相对于入射电子束的倾角。如果样品表面光滑平整（无形貌特征），则不形成衬度；而对于表面有一定形貌的样品，其形貌可看成由许多不同倾斜程度的面构成的凸尖、台阶、凹坑等细节组成，这些细节的不同部位发射的二次电子数不同，从而产生衬度。二次电子像分辨率高、无明显阴影效应、场深大、立体感强，是扫描电镜的主要成像方式，特别适用于粗糙样品表面的形貌观察，在材料及生命科学等领域有着广泛的应用。2.背散射电子(BSE)像—原子序数衬度背散射电子是由样品反射出来的初次电子，其主要特点是：(1)能量高，从50eV到接近入射电子的能量，穿透能力比二次电子强得多，可从样品中较深的区域逸出(微米级)，在这样的深度范围，入射电子已有相当宽的侧向扩展，因此在样品中产生的范围大；(2)被散射电子发射系数η随原子序数Z的增大而增加，如下图所示。由以上特点可以看出，背散射电子主要反映样品表面的成分特征，即样品平均原子序数Z大的部位产生较强的背散射电子信号，在荧光屏上形成较亮的区域；而平均原子序数较低的部位则产生较少的背散射电子，在荧光屏上形成较暗的区域，这样就形成原子序数衬度（成分衬度）。与二次电子像相比，背散射像的分辨率要低，主要应用于样品表面不同成分分布情况的观察，比如有机无机混合物、合金等。如上图所示，在铅/锡合金样品的二次电子图像上，可观察到表面起伏的形貌信息；在被散射电子图像中，可观察到不同组分的分布情况，在铅(原子序数为82)富集的区域亮度高，而锡(原子序数为50)富集的区域相对较暗。