电子与固体物质的相互作用

第二节电子与固体物质的相互作用一、电子散射当一束聚焦电子束沿一定方向射入试样时，在原子库仑电场作用下，入射电子方向改变，称为散射。原子对电子的散射可分为弹性散射和非弹性散射。在弹性散射过程中，电子只改变方向，而能量基本无损失。在非弹性散射过程中，电子不但改变方向，能量也有不同程度的减少，转变为热、光、X射线和二次电子发射。原子对电子的散射可分为：1.原子核对电子的弹性散射2.原子核对电子的非弹性散射3.核外电子对入射电子的非弹性散射二、内层电子激发后的弛豫过程当内层电子被运动的电子轰击脱离原子后，原子处于高度激发状态，它将跃迁到能量较低的状态，这种过程称为弛豫过程。它可以是辐射跃迁，即特征X射线；也可以是非辐射跃迁，如俄歇电子发射，这些过程都具特征能量，可用来进行成分分析。三、各种电子信号在电子与固体物质相互作用过程中产生的电子信号，除了二次电子、俄歇电子和特征能量损失电子外，还有背散射电子、透射电子和吸收电子等。1、背散射电子电子射入试样后，受到原子的弹性和非弹性散射，有一部分电子的总散射角大于90°，重新从试样表面逸出，称为背散射电子，这个过程称为背散射。可分为弹性背散射、单次（多次）非弹性背散射。通过接收电子的探测仪，可探测不同能量的电子数目。如图所示：扫描电镜和电子探针中应用背散射电子成像称为背散射电子像。其分辨率较二次电子象低。2、透射电子当试样厚度小于入射电子的穿透深度时，电子从另一表面射出，这样的电子称为透射电子。TEM就是应用透射电子成像的。如果试样只有10~20nm的厚度，则透射电子主要由弹性散射电子组成，成像清晰。如果试样较厚，则透射电子有相当部分是非弹性散射电子，能量低于E0，且是变量，经过磁透镜后，由于色差，影响了成像清晰度。3、吸收电子入射电子经过多次非弹性散射后能量损失殆尽，不再产生其它效应，一般被试样吸收，这种电子称为吸收电子。利用测量吸收电子产生的电流，既可以成像，又可以获得不同元素的定性分布情况，它被广泛用于扫描电镜和电子探针中。综上所述，高能电子束照射在试样上将产生各种电子及物理信号。利用这些信号可以进行成像、衍射及微区成分分析。五、相互作用体积与信号产生的深度和广度1、相互作用体积当电子射入试样后，受到原子的弹性、非弹性散射。特别是在许多次的散射后，电子在各个方向散射的几率相等，也即发生漫散射。由于这种扩散过程，电子与物质的相互作用不限于电子入射方向，而是有一定的体积范围，此体积范围称为相互作用体积。2、各种物理信号产生的深度和广度俄歇电子1nm二次电子10nm背散射电子10nmX射线1um