上海交通大学：《材料组织结构表征》课程教学资源（课件讲义）2019-EDS and EELS

X射线微区成分分析及 电子能量损失谱分析

X射线微区成分分析及 电子能量损失谱分析

如何分析样品的化学成分？ 。 传统湿法化学方法一样品溶解为溶液 一化学滴定、电化学 一光谱：原子吸收 （AAS)、等离子体发射光谱 (ICP-AES) 直读光谱(OES) ESCA:Electron Spectroscopy for Chemical Analysis 化学分析用电子能谱 -EDS、WDS:特征X-射线能谱/波谱分析 - XPS:X光电子能谱 -AES:俄歇电子能谱 ·Highly locally? -SIMS:二次离子质谱分析 -ICP-MS、GDMS:质谱 2

• 传统湿法化学方法—样品溶解为溶液 – 化学滴定、电化学…… – 光谱：原子吸收（AAS）、等离子体发射光谱（ICP-AES） 直读光谱（OES） • ESCA：Electron Spectroscopy for Chemical Analysis 化学分析用电子能谱 – EDS、WDS: 特征X-射线能谱/波谱分析 – XPS: X光电子能谱 – AES：俄歇电子能谱 – SIMS：二次离子质谱分析 – ICP-MS、GDMS：质谱 – …… 2 如何分析样品的化学成分？

Spatial resolution and detection limit 100% 10% TEM AES SEM Raman XPS XRD 1% FTIR 0.1% nano- SIMS WDS u-PIXE u-XRF XRF 100 ppm 10 ppm TOF-SIMS 1 ppm ICP-MS/ 100 ppb INAA SIMS LA-ICP-MS 10 ppb APT 1 ppb 100 ppt Nano Micro Bulk 10 ppt 0.1nm 1nm 10 nm 100nm 1μm 10m 100μm 1mm 1cm 目emental composition EDS EELS EBSD CL Structural information Surface and thin film analysis ED EDS SEM and TEM host multiple techniques http://www.ammrf.org.au/myscope/analysis/introduction/ TEM SEM

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X射线微区成分分析 Incident high kV beam of electrons Backscattered e Secondary e (SE) Characteristic (BSE) X-rays Auger e← Visible light Bulk(SEM) Absorbed e← →e-hole pairs Foil(TEM) Bremsstrahlung x-rays (noise) Elastically Inelastically Interaction scattered e scattered e Volume Direct (transmitted) beam Characteristic X-rays constitute a fingerprint of the local chemistry

4 X射线微区成分分析

X射线微区成分分析 ·分辨率 Primary electrons Auger electrons Sample (0.4-5nm) surface 2-50nm ◆SEs ◆BSEs Characteristic X-rays Continuum X- rays Secondary fluorescence by Interaction BSE spatial continuum and resolution characteristic volume(pear- (50-300nm) X-rays shaped zone X-ray resolution 信号 二次电子 背散射电子 吸收电子 特征X射线 俄歇电子 分辨率 2-50nm 50-200nm 10-1000nm 10-1000nm 0.4-5nm 5

5 信 号 二次电子 背散射电子 吸收电子 特征X射线 俄歇电子 分辨率 2-50nm 50-200nm 10-1000nm 10-1000nm 0.4-5nm • 分辨率 X射线微区成分分析

阴极射线管 人人J 3 5 1一高压变压器2一灯丝变压器 3一X射线管 4一阳极5一阴极6一电子7一X射线

阴极射线管

特征X射线谱（特征辐射） 11 10 First observed by Barkla Sadler in 1909 特征时 6 5 Mo 35 25 连续钢射 3 30 2 15 10 5 0.2 3 短放 天/nm

特征X射线谱(特征辐射) Mo First observed by Barkla & Sadler in 1909

特征X射线谱（特征辐射） 莫塞莱公式 11 世 (Moseley) 1 =K1(Z-σ) 李征权时 5 Mo 1 K1= 25 连续细封 R店 3 2 里德伯常数R R=1.0974*107m1 5 0.2 短放很 /nm 屏蔽因子σ K系X射线：o=1 L系X射线：σ=7.4

特征X射线谱(特征辐射) Mo 莫塞莱公式 （Moseley) 里德伯常数R

返回基态 发出光 + K态（撞走K电子） 不同外层电子跃迁至同一内层所辐射出 Ka K, 的特征谱线，属于同一线系 L K系、L系、M系 L态（撞走L电子） 电子跃迁所跨越能级数目1,2,3.… L。 L层到K层：Ka M态（撞走M电子） M Ma M层到K层：K? N态（撞走N电子） N 撞走价电子 0 中性原子

不同外层电子跃迁至同一内层所辐射出 的特征谱线，属于同一线系 K系、L系、M系 返回基态 发出光 + 电子跃迁所跨越能级数目1，2，3… L层到K层： Kα M层到K层： Kβ

特征X射线谱（特征辐射） 表7-1常用靶材K系特征X射线波长及相关数据 临界激 工作 被强烈吸收 靶子元素 原子系数 K。i/nm K2/nm K./nm Ka/nm λk/nm 发电压 电压 及散射的元素 2 (Ux)/kV /kV K。 Ko 24 0.22896 0.22935 0.2209 48 0.20701 5.98 20-25 Ti、So、Ca V 26 0.19360 0.19399 0.19373 0.17565 0.17438 7.10 25-30 Cr、V、Tl Mn 0 0.17889 0.17928 0.17902 0.162 08 0.16881 7.71 30 Mn、Cr、V Fe 28 0.16578 0.16610 0.16591 0.15001 0.14880 8.20 30-35 Fe、Mn、Cr Co 29 0.15405 0.15443 0.15418 0.13922 0.13804 8.80 35-40 Co、Fe、Mn Ni 42 0.07093 0.07135 0.07107 0.06323 0.06198 20.0 50-55 Y、Sr、Ru Nb、Zr 638 Ag 47 0.05594 0.059 0.05609 0.04020 0.0483 26.5 55-60 Ru、Mo、NbPd、Rh

特征X射线谱(特征辐射)