扫描电镜(SEM)中表面形貌衬度和原子序数衬度各有什么特点

二次电子信号来自于样品表面层5～l0nm,电子与样品原子的核外电子作用，一部分能量转移到原子，导致原子中的一个电子被逐出而产生二次电子。二次电子信号强弱与样品表面粗糙度有关，可利用二次电子成像的模式-SEI模式观察样品表面形貌。

电子与样品原子的原子核发生弹性碰撞，电子方向发生改变，但无能量损失，这样的电子叫背散射电子。背散射电子信号强弱与样品原子的原子量有关，可利用背散射电子成像的模式-BSE模式观察样品表面元素分布情况。

象衬度

定义：象衬度是图象上不同区域间明暗程度的差别。由于图像上不同区域间存在明暗程度的差别即衬度的存在，才使得我们能观察到各种具体的图像。只有了解像衬度的形成机理，才能对各种具体的图像给予正确解释，这是进行材料电子显微分析的前提。

1、非晶样品的象衬度

非晶样品透射电子显微图象衬度是由于样品不同微区间存在的原子序数或厚度的差异而形成的，即质量厚度衬度（质量厚度定义为试样下表面单位面积以上柱体中的质量），也叫质厚衬度。质厚衬度适用于对复型膜试样电子图象作出解释。质量厚度数值较大的，对电子的吸收散射作用强，使电子散射到光栏以外的要多，对应较安的衬度。质量厚度数值小的，对应较亮的衬度。

2、衍射衬度

对于晶体，若要研究其内部缺陷及界面，需把样品制成薄膜，这样，在晶体样品成象的小区域内，厚度与密度差不多，无质厚衬度。但晶体的衍射强度却与其内部缺陷和界面结构有关。由样品

强度的差异形成的衬度叫衍射衬度，简称衍衬。

晶体试样在进行电镜观察时，由于各处晶体取向不同和(或)晶体结构不同，满足布拉格条件的程度不同，使得对应试样下表面处有不同的衍射效果，从而在下表面形成一个随位置而异的衍射振幅分布，这样形成的衬度，称为衍射衬度。这种衬度对晶体结构和取向十分敏感，当试样中某处含有晶体缺陷时，意味着该处相对于周围完整晶体发生了微小的取向变化，导致了缺陷处和周围完整晶体具有不同的衍射条件，将缺陷显示出来。可见，这种衬度对缺陷也是敏感的。基于这一点，衍衬技术被广泛应用于研究晶体缺陷。

衍衬成像，操作上是利用单一透射束通过物镜光栏成明场像，或利用单一衍射束通过物镜光栏成暗场像。近似考虑，忽略双束成像条件下电子在试样中的吸收，明暗场像衬度是互补的。明场像和暗场像均为振幅衬度，即它们反映的是试样下表面处透射束或衍射束的振幅大小分布，而振幅的平方可以作为强度的量度，由此便获得了一幅通过振幅变化而形成衬度变化的图像。

3、相位衬度

如果所用试样厚度小于l00?，甚至30?。它是让多束衍射光束穿过物镜光阑彼此相干成象，象的可分辨细节取决于入射波被试样散射引起的相位变化和物镜球差、散焦引起的附加相位差的选择。它追求的是试样小原子及其排列状态的直接显示。

图所示是薄晶成象的情形。一束单色平行的电子波射入试样内，与试样内原子相互作用，发生振幅和相位变化。当其逸出试样下表面时，成为不同于原入射波的透射波和各级衍射波。由于试样很薄，衍射波振幅甚小，透射波振幅基本上与入射波振幅相同，非弹性散射可忽略不计。衍射波与透射波间的相位差为π／2。如果物镜没有象差，且处于正焦状态，而光阑也足够大，使透射波与衍射波得以同时穿过光阑相干。相干结果产生的合成波其振幅与入射波相同，只是相位位置稍许不同。由于振幅没变，因而强度不变，所以没有衬度。要想产生衬度，必须引入一个附加相位，使所产生的衍射波与透射波处于相等的或相反的相位位置，也就是说，让衍射波沿图X轴向右或向左移动π／2，这样，透射波与衍射波相干就会导致振幅增加或减少，从而使象强度发生变化，相位衬度得到了显示。

综上所述，三种衬度的不同形成机制，反映了电子束与试样物质原子交互作用后离开下表面的电子波，通过物镜以后，经人为地选择不同操作方式所经历的不同成像过程。在研究工作中，它们相辅相成，互为补充，在不同层次上，为人们提供不同尺寸的结构信息，而不是互相排斥

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SEM工作时，电子枪发射的入射电子束打在试样表面上，向内部穿透一定的深度，由于弹性和非弹性散射形成一个呈梨状的电子作用体积。电子与试样作用产生的物理信息，均由体积内产生。

二次电子是入射电子在试样内部穿透和散射过程中，将原子的电子轰击出原子系统而射出试样表面的电子，其中大部分属于价子激发，所以能量很小，一般小于50eV。因此二次电子探测体积较小。二次电子发射区的直径仅比束斑直径稍大一些，因而可获得较高的分辨率。

二次电子像的衬度取决于试样上某一点发射出来的二次电子数量。电子发射区越接近表面，发射出的二次电子就越多，这与入射电子束与试样表面法线的夹角有关。试样的棱边、尖峰等处产生的二次电子较多，相应的二次电子像较亮；而平台、凹坑处射出的二次电子较少，相应的二次电子像较暗。根据二次电子像的明暗衬度，即可知道试样表面凹凸不平的状况，二次电子像是试样表面的形貌放大像。

SEM内在试样的斜上方放置有探测器来接受这些电子。接受二次电子的装置简称为检测器，它是由聚焦极、加速极、闪烁体、光导管和光电倍增管组成。在闪烁体前面装一筒装电极，称为聚焦极，又称收集极。在其前端加一栅网，在聚焦极上加250-300V的正电压。二次电子被此电压吸引，然后又被带有10kV正电压的加速极加速，穿过网眼打在加速极的闪烁体上，产生光信号，经光导管输送到光电倍增管，光信号转变为电子信号。最后输送到显示系统，显示出二次电子像。

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