《材料测试技术及方法》课程教学课件（PPT讲稿）粒子（束）与材料的相互作用

回顾：第二节各类特征谱基础 ●原子光谱 ●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 ⚫原子光谱 ⚫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

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。 口一、X射线的产生与X射线谱 连续X射线谱、特征X射线谱 口二、X射线与物质的相互作用 口三、X射线的衰减 1=loe-(uloo=loe-me 口四、X射线的防护

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 ( ) t t t m I I e I e −    −  = = 0 / 0

第一章总论 (之三)粒子（束)与材料的相 互作用 3

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#、 电子激发产生的其他规象（自学） ●第二节离子束与材料的相互作用 散射、戏射与二次高子

4 主要内容 ⚫*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) ⚫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； (b)与核外电子作用

6 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； （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 Ex=2.17x103sin2 A 散射角(20)即散射电子运动方向与入射方向之间的夹 角。 ● 以100keV的电子为例： →小角度散射(20<5)，电子的能量损失在10-3~10eV 的范围； →背散射电子(20≈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。 ⚫以100keV的电子为例： 小角度散射(2 <5º)，电子的能量损失在10-3～10-l eV 的范围； 背散射电子(2 ≈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 3 2 0 max 2.17 10 sin E E A  −  = 

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 ⚫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

3.散射截面 ●入射电子被原子核散射时，散射角20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 20= Ze 或 Ze V(20) πrn2叫做弹性散射载面，用σn表示。 ●当入射电子与核外电子作用时， 散射角20为 20= 或 。= V(20 πr2为核外电子的非弹性散射裁面，用σ。表示。 (1) 弹性散射比例：onlo。=Z,Electron Backscattered Diffraction分析方法可用 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？

9 3. 散射截面 ⚫ 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。 ⚫ 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 /e=Z，Electron Backscattered Diffraction分析方法可用 (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？ 2 (2 ) n n Ze Ze r Vr V   = = 或 2 (2 ) e e e e r Vr V   = = 或

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 200300400500600700一800 z/nm 入射电子在固体中传播时的能量损失曲线 (E=lkeV、3keV、5keV和8keV)

10 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）。 入射电子在固体中传播时的能量损失曲线 （E0=1keV、3keV、5keV和8keV）