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扫描电镜电子束穿透成像效应

驰奔仪器

2018/09/16

扫描电镜（SEM/EDS）

作者：驰奔仪器 Microexplore
扫描电镜信号出射深度或信号从样品表面发射的面积大小，决定了扫描电镜探测样品信息的空间分辨率。电子束样品相互作用区和被测信号取样区这两个概念对于图像解释和定量x射线显微分析都很重要。
评估电子束样品作用区的三个主要变量

1)平均原子序数Z ，原子序数高作用区越小；

2)束电子能量Kev ，束电子能量越低，作用区越小；

3)倾斜角度θ，倾斜角越大作用区越小

在精细电子显微分析中，往往通过蒙特卡洛模拟来判定电子束样品作用区及各种散射信号取样空间。

为表征微观表面真实形貌，往往采用低的加速电压或低的电子束着陆电压，减小作用区，降低信号出射深度。
二次电子（SE）信号常用于表征形貌，逃逸深度一般在几个纳米到几十纳米，然而SE信号来源非常复杂，有来自入射束产生的SE1，很大一部分是背散射电子逃逸出表面过程中产生的SE2，还有背散射电子撞机样品室的表面产生的SE3，这些SE可能同时被探测器接收，那么我们就会看到如下两个较为极端情况下，SE信号样品取样区分布和成像效果。事实上只有SE1才能精细表征表面形貌. SE2/3产额与BSE信号产额正相关，因此携带了较为粗糙的形貌信息和成分信息。
当使用高束能量，由于作用区增大，SE的绝大部分是SE2/3，30nm碳膜表层SE1信号反差已经微不足道，电子束成像就几乎无视其存在了，因此图像变得透明，直接看到下面光栅。这种效应可以称为电子束穿透成像效应。

我们使用北京的DEMO（驰奔Genesis-I型钨丝枪扫描电镜），

采用3kv、5kv、10kv、15kv、20kv、25kv、30kv，更为连续的加速电压，观察金属表面碳物质附着物，印证电子束穿透成像效应。

图像解释：

3-5kv下表现出良好碳质结构形态，此时电子束的穿透深度大约为500nm ~ 1微米，不足以穿透样品且碳质结构表面SE信号为反差主导。
10kv，电子束穿透深度大约为2微米，应该没有穿透中心的炭黑部位，此时SE2/3为主导，几无形貌反差，成分反差明显。

15kv以上，电子束开始穿透碳黑部位，SE2/3为反差主导，且基底的BSE出现一定形貌反差，加速电压越高，来自基底的SE2/3主导反差越来越高，越来越无视炭黑存在。

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驰奔仪器

第1楼2018/09/28

利用电子束穿透效应，还可以有很多应用，
有些精巧的检测方案设计，就是利用电子束穿透效应

0

fengyonghe

第2楼2018/09/29

1，SEM也可以配备透射电子检测器
2，“表面SE信号为反差主导”SE为入射电子，不能直接成像。SE1是二次电子
3，“此时SE2/3为主导，几无形貌反差，成分反差明显”。SE2为背散射电子激发样品的其他部位产生的二次电子，是干扰信号。SE3是背散射电子激发样品以外结构部件的金属产生的二次电子，也是干扰信号

0

驰奔仪器

第3楼2018/10/21

感谢冯老先生补充及纠偏
fengyonghe(fengyonghe) 发表:1，SEM也可以配备透射电子检测器
2，“表面SE信号为反差主导”SE为入射电子，不能直接成像。SE1是二次电子
3，“此时SE2/3为主导，几无形貌反差，成分反差明显”。SE2为背散射电子激发样品的其他部位产生的二次电子，是干扰信号。SE3是背散射电子激发样品以外结构部件的金属产生的二次电子，也是干扰信号

0

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