SEM掃描電子顯微鏡

一、成像原理:

電子束（1-10nm）掃描樣品表面，激發產生多種電子和光子信號，信號被收集、檢測放大，在CRT上調製成像。 

   

二、工作模式成像方式：

1.SE-二次電子像

二次電子是在入射電子束作用下被轟擊出來離開樣品表面的樣品的核外層電子，因為原子核和外層電子的結合能力很小，外層的電子很容易和原子核脫離。二次電子能量小於50eV，發射深度為5-10nm。二次電子的產額主要取決於入射電子束與樣品表面法線間的夾角，角度越大，二次電子就越多。主要是反映樣品表面10 nm左右的形貌特徵，像的襯度是形貌襯度，襯度的形成主要取於樣品表面相對於入射電子束的傾角。如果樣品表面光滑平整（無形貌特徵），則不形成襯度；而對於表面有一定形貌的樣品，其形貌可看成由許多不同傾斜程度的面構成的凸尖、臺階、凹坑等細節組成，這些細節的不同部位發射的二次電子數不同，從而產生襯度。二次電子像解析度高、無明顯陰影效應、場深大、立體感強，是掃描電鏡的主要成像方式，特別適用於粗糙樣品表面的形貌觀察。

2.BSE-背散射電子像

背散射電子是固體樣品中原子核反射回來的一部分入射電子，分為彈性和飛彈性散射電子。彈性是散射角大於90度，能量無損失的入射電子，能量幾千到幾萬，而非彈性是經原子核反彈回來核外電子碰撞而方向改變，能量損失的入射電子，能量幾十到幾千。產生深度在100nm-1um，原子序數越大，散射電子就越多，反應在圖像上就越亮，可以作為原子序數程度來定性成分分析。

  

3.EDS-能譜儀

EDS能譜儀是用來對材料微區成分元素種類與含量分析，配合掃描電子顯微鏡與透射電子顯微鏡的使用。各種元素具有自己的X射線特徵波長，特徵波長的大小則取決於能級躍遷過程中釋放出的特徵能量△E，能譜儀就是利用不同元素X射線光子特徵能量不同這一特點來進行成分分析的。

4.EBSD-背散射衍射

在掃描電子顯微鏡（SEM）中，入射於樣品上的電子束與樣品作用產生幾種不同效應，其中之一就是在每一個晶體或晶粒內規則排列的晶格面上產生衍射。從所有原子面上產生的衍射組成「衍射花樣」，這可被看成是一張晶體中原子面間的角度關係圖。衍射花樣包含晶系（立方、六方等）對稱性的信息，而且，晶面和晶帶軸間的夾角與晶系種類和晶體的晶格參數相對應，這些數據可用於EBSD相鑑定。對於已知相，則花樣的取向與晶體的取向直接對應。

5.AE-吸收電子像

隨著入射電子與樣品中原子發生非彈性散射次數增多，其能量損失殆盡，不能再逸出表面，這部分就是吸收電子，在樣品與地之間接上一個高靈敏的電流放大器，所檢測到的電流信號就是吸收電子信號。吸收電流像襯度與背散射電子、二次電子等像的襯度相反。可以顯示試樣元素分布和表面型號以及試樣裂縫內部的微觀形貌。

6.CL-陰極螢光像

陰極螢光光譜簡稱CL譜，是指利用電子束激發半導體，將價帶電子激發到導帶並在價帶留下空穴，而後由於導帶能量高不穩定，被激發電子又重新躍遷回價帶與空穴複合，並釋放出能量的特徵螢光譜。CL譜的激發源是高能電子束;CL能調節入射電子的能量，可以使電子進入到樣品的不同深度，從而觀測到樣品表面以下的晶體缺陷信息。缺點是表面很容易被電子破壞。

7.EBIC-電子束感生電流像

高能量的入射電子進入半導體時，激勵電子穿過帶隙進入空的導帶，其後在滿的價帶上留下空穴（具有正電荷電子的性質），產生了電子-空穴對。如果在試樣上附加一偏加電場，由於電子和空穴分別攜帶著負、正電荷，在外電場的作用下向著相反的方向遷移，樣品中這種電荷的遷移使外部附加迴路中產生電流，將電子束感生電流放大用於成像。