电子与物质的相互作用
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1、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: 原子核对电子的弹性散射 原子核对电子的非弹性散射 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
2、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
3、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1020nm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10nm X射线1um,
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