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二次電子與背散射電子特性與應用


摘要:

當一束高能的入射電子轟擊樣品表面時,被激發的區域將產生俄歇電子、二次電子、背散射電子、X射線等各種信息。掃描電子顯微鏡通過對二次電子、背散射電子的采集,可得到樣品表面組織結構和形貌信息。在觀察樣品表面組織結構和形貌時,根據二次電子與背散射電子各自的特性及測試目的來選擇合適的模式進行拍照。







關鍵詞:

掃描電子顯微鏡,二次電子(SE),背散射電子(BSE)







案例正文

引言

由于掃描電子顯微的以下特性:(1)能夠直接觀察大尺寸試樣的原始表面;(2)放大倍數大且連續可調;(3)圖像景深大,立體感強;其在觀察試樣表面組織結構和形貌的應用上越來越多,如在斷口分析,鍍層尺寸測量,金屬間化合物觀察與測量等方面的應用。掃描電子顯微鏡一般都會標配二次電子及背散射電子探頭,而在觀察試樣表面組織結構和形貌時使用這兩種模式中哪一種則需根據測試目的來選擇。

 

二次電子(SE)

二次電子是在入射電子的作用下被轟擊出來并離開樣品表面的自由電子,通常以SE表示。

二次電子特性:

(1)能量小于50eV;樣品傾角越大,二次電子產額越大。對于從樣品表面出射的各個方向的二次電子幾乎都能被吸引采集,可得到無明顯陰影的圖像;另外,隨著樣品傾角的增大,二次電子產額也隨之增高,因此二次電子特別適合觀察凹凸不平的樣品表面。

(2)二次電子一般都是在樣品表層5~10nm深度范圍內發射出來,適用于觀察樣品表面的微觀結構;

(3)二次電子產額對原子序數不敏感。由于二次電子的產額與原子序數之間沒有明顯的依賴關系,所以其不適用觀察成分像。

 

背散射電子(BSE)

背散射電子是被固體樣品中的原子反射回來的入射電子,通常以BSE表示。

背散射電子特性:

(1)原子序數越大,背散射電子產額越大。背散射電子的成像襯度主要與試樣所含原子的原子序數有關,與試樣表面形貌也有一定的關系,因此既可觀察形貌像,也可以觀察成分像。

(2)背散射電子來自樣品表層幾百納米的深度范圍,由于入射電子束進入試樣較深,入射電子束已經被散射開,其電子束的束斑直徑比二次電子的束斑直徑要打,背散射電子的成像分辨率較低,一般在50~200nm,在觀察試樣表層微觀結構時一般不適合使用背散射模式。

 

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粉末樣品表面形貌(SE模式)
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斷口表面形貌(SE模式)
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金屬間化合物觀察(BSE模式)
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鎢銅合金(BSE模式)

 

對于粉末、斷口分析試樣等表面起伏較大的樣品,使用SE模式可以排出清楚的圖片,而對于觀察樣品不同成分成像則用BSE模式更為合適。

 

總結

綜上所述,通過二次電子及背散射電子二者特性的比較,我們在使用掃描電子顯微鏡對樣品進行觀察時,可以根據測試目的選擇適合的模式。比如在進行粉末樣品表面形貌、斷口分析等測試時,由于該類型試樣表面起伏較大,此時使用二次電子模式可以得到很好的拍攝效果。而在進行異物分析,截面尺寸測量等測試時,通過使用背散射電子模式拍攝,可以觀察到明顯顏色對比,清楚的觀察到不同成分像。

 

參考文獻

張大同.《掃描電鏡與能譜儀分析技術》

JY/T 010-1996 分析型掃描電子顯微鏡方法通則

吳立新,陳方玉.現代掃描電鏡的發展及其在材料科學中的應用

 

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