《材料测试技术及方法》课程教学资源（讲稿）04 第一篇 第三-四章 粒子（束）与材料的相互作用

回顾： 第二节 各类特征谱基础 1原子光谱 I分子光谱 [光电子能谱 俄歇电子能谱 种类、产生机理、获得的样品信息

1 回顾： 第二节 各类特征谱基础 l 原子光谱 l 分子光谱 l 光电子能谱 l 俄歇电子能谱 l 种类、产生机理、获得的样品信息

回顾第三节X射线的产生及其与 物质的相互作用 X射线衍射分析、X射线荧光分析、X射线光电 子能谱分析和X射线激发俄歇能谱分析等材 料分析方法均以X射线为信号源。 刀一、X射线的产生与X射线谱 连续X射线谱、特征X射线谱 刀二、X射线与物质的相互作用 门三、X射线的衰减 I =loe (miry=loemr 口四、X射线的防护 2

2 回顾 第三节 X射线的产生及其与 物质的相互作用 X射线衍射分析、X射线荧光分析、X射线光电 子能谱分析和X射线激发俄歇能谱分析等材 料分析方法均以X射线为信号源。 ♫一、X射线的产生与X射线谱 连续X射线谱、特征X射线谱 ♫二、X射线与物质的相互作用 ♫三、X射线的衰减 ♫四、X射线的防护

第一章总论 (之三) 粒子（束）与材料的 相互作用

3 第一章 总论 (之三) 粒子（束）与材料的 相互作用

主要内容 [*第一节电子束与材料的相互作用 散射、电子写固体作用产生的信号#、 电子微发产生的其他规象（自学） |第二节离子束与材料的相互作用 散射、贱射与二次高子

4 主要内容 l *第一节 电子束与材料的相互作用 散射、电子与固体作用产生的信号# 、 电子激发产生的其他现象(自学) l 第二节 离子束与材料的相互作用 散射、溅射与二次离子

第一节 (电子束与材料的相互作用 入射电子（又称为初始或一次电子）照 射固体时与固体中粒子的相互作用包 括： (1)入射电子的散射；与光子散射不同 (2)入射电子对固体的激发： (3)受激发粒子在固体中的传播

5 第一节 电子束与材料的相互作用 入射电子（又称为初始或一次电子）照 射固体时与固体中粒子的相互作用包 括： （1）入射电子的散射；与光子散射不同 （2）入射电子对固体的激发； （3）受激发粒子在固体中的传播

一、散射 在固体原子的库仑电场作用下，入射电子方向将发生 改变，这种现象称为（电子)散射。有弹性散射和 非弹性散射之分。 图3-1电子散射示意图 (a)与原子核作用； 28 (b)与核外电子作用

6 一、散射 l 在固体原子的库仑电场作用下，入射电子方向将发生 改变，这种现象称为（电子）散射。 有弹性散射和 非弹性散射之分。 图3-1 电子散射示意图 （a）与原子核作用； （b）与核外电子作用

1.原子核对入射电子的散射 散射损失的能量 DE-2. A 散射角(2口)即散射电子运动方向与入射方向之间的夹 角。 I以100keV的电子为例： Q小角度散射(2口<5)，电子的能量损失在10-3~10leV 的范围； Q背散射电子(2口≈π/2)，能量损失达到几个eV 因此，原子核对电子的散射一般情况 下均可视为弹性散射

7 1. 原子核对入射电子的散射 散射损失的能量 散射角（2￾ ）即散射电子运动方向与入射方向之间的夹 角。 l 以100keV的电子为例： Q小角度散射(2￾ <5º)，电子的能量损失在10-3～10-l eV 的范围； Q背散射电子(2￾ ≈π/2)，能量损失达到几个eV l 因此，原子核对电子的散射一般情况 下均可视为弹性散射

2.核外电子对入射电子的散射 【原子中核外电子对入射电子的散射作用是 一种非弹性散射。 在非弹性散射过程中，入射电子所损失的 能量部分转变为热，部分使物质产生各 种激发现象（如，原子电离、自由载流子、 二次电子、俄歇电子、特征x射线、特征能 量损失电子、阴极发光、电子感生电导等) 这些激发现象称为电子激发

8 2. 核外电子对入射电子的散射 l 原子中核外电子对入射电子的散射作用是 一种非弹性散射。 l 在非弹性散射过程中，入射电子所损失的 能量部分转变为热，部分使物质产生各 种激发现象（如，原子电离、自由载流子、 二次电子、俄歇电子、特征X射线、特征能 量损失电子、阴极发光、电子感生电导等） 。这些激发现象称为电子激发

3.散射截面 入射电子被原子核散射时，散射角2口的大小与瞄准距 离r.、原子核电荷Ze以及入射电子的加速电压V有关， 其关系为 Ze 或 Ze 29 Vr V(2g) 口r2叫做弹性散射载面，用☐表示。 当入射电子与核外电子作用时，散射角2口为 e 2g= 或 e V(2q) 口r2为核外电子的非弹性散射栽面，用口表示

9 3. 散射截面 l 入射电子被原子核散射时，散射角2￾ 的大小与瞄准距 离rn、原子核电荷Ze以及入射电子的加速电压V有关， 其关系为 ￾ rn 2叫做弹性散射截面，用￾ n表示。 l 当入射电子与核外电子作用时，散射角2￾ 为 ￾ re 2为核外电子的非弹性散射截面，用￾ e表示

4.电子吸收 [指由于电子能量衰减而引起的强度（电子数 衰减。电子被吸收时所达到的深度称为最大穿 入深度(R) 0.06 0.05 I kev 0.04 5keV 0.03 8 kev 0,02 0.01 100 200300400500600700800 /nm 入射电子在固体中传播时的能量损失曲线 (E,=1keV、3keV、5keV和8keV)

10 4. 电子吸收 l 指由于电子能量衰减而引起的强度（电子数） 衰减。电子被吸收时所达到的深度称为最大穿 入深度（R）。 入射电子在固体中传播时的能量损失曲线 （E0 =1keV、3keV、5keV和8keV）