《材料测试技术及方法》课程教学资源（讲稿）1-材料现代分析方法_1-上课课件_08-1 电子束与材料的相互作用

第四章电子显微分析 1、透射电子显微分析(TEM) 第一节电子与固体作用产生的信号p42-46 第二节工作原理及构造p136p142 第三节样品制备p145148 第四节基本成像操作及相衬度*p149151 第五节典型应用*及其他功能简介p155161

1 第四章 电子显微分析 1、透射电子显微分析（TEM） 第一节 电子与固体作用产生的信号p42-46 第二节 工作原理及构造*p136~p142 第三节 样品制备p145~148 第四节 基本成像操作及相衬度*p149~151 第五节 典型应用*及其他功能简介p155~161

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）、离 子束与材料的相互作用（澈射、溅 射与二次离子)

2 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)、离 子束与材料的相互作用（散射、溅 射与二次离子）

1.0电子束与材料的相互作用之散 射 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

3 1.0 电子束与材料的相互作用 之散 射 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

1.0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； 26 (b)与核外电子作用 [e

4 1.0 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

1.0.1原子核对入射电子的散射 散射损失的能量 D-2.17'10in'g 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10-3~10-eV 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

5 1.0.1 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100 keV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

1.0.2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

6 1.0.2 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

1.0.3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 Ze 2= 或 Ze V(2g) 口r2叫做弹性散射裁面，”用口表示。 |当入射电子与核外电子作用时，散射角2口为 e 2g 或 Vr V(2g) 口r2为核外电子的非弹性散射裁面，用口表示。 (1) 弹性散射比例：口n/ZO.=Z,Electron Backscattered Diffraction分析方法可有效采集重元素物质的衍射信号 (2)在透射电子显微镜中，重元素、轻元素散射后，出现 暗、亮衬度，为什么？

7 1.0.3 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。 (1) 弹性散射比例： ￾ n /Z￾ e =Z，Electron Backscattered Diffraction分析方法可有效采集重元素物质的衍射信号 (2) 在透射电子显微镜中，重元素、轻元素散射后，出现 暗、亮衬度，为什么？

1.0.4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 3 keV 0.04 5keV 0.03 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)

8 1.0.4 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）

1.1、电子与固体作用产生的信号 01.电子与固体作用产生的信号 02.电子非弹性散射平均自由程和信 息深度 03.电子能谱 9

9 1.1、电子与固体作用产生的信号 Ø1.电子与固体作用产生的信号 Ø2.电子非弹性散射平均自由程和信 息深度 Ø3.电子能谱

1.电子与固体作用产生的信号 表面元素发射的总强度 背散射电子流 X射线 二次电子流 样品吸收电流 透射电子流 图33入射电子束与固体作用产生的发射现象

10 1. 电子与固体作用产生的信号 图3-3 入射电子束与固体作用产生的发射现象 背散射电子流 二次电子流 X射线 表面元素发射的总强度 透射电子流 样品吸收电流