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掃描電鏡（SEM）是一種用途廣泛的科學(xué)儀器，它可以根據(jù)用戶的需求提供樣品不同類(lèi)型的信息。在這里我們將闡述在掃描電鏡（SEM）中產(chǎn)生的不同類(lèi)型的電子，它們是如何被檢測(cè)出來(lái)的，以及它們可以提供的信息等。

電子顯微鏡是通過(guò)電子束來(lái)成像的。在圖1中，您可以看到電子與物質(zhì)相互作用所產(chǎn)生的各種信號(hào)，所有這些不同類(lèi)型的信號(hào)攜帶著關(guān)于樣品的不同的有用信息，由電子顯微鏡的操作人員根據(jù)需要選擇接收的信號(hào)。

例如在透射電鏡（TEM）中，正如它的名字所示，檢測(cè)到的信號(hào)是透過(guò)樣品的電子，會(huì)提供樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息。在掃描電鏡（SEM）下，通常需要檢測(cè)兩種類(lèi)型的信號(hào)：背散射電子（BSE）和二次電子（SE）。

圖1：電子與物質(zhì)相互作用區(qū)域，產(chǎn)生不同類(lèi)型的信號(hào)

背散射電子的成像（BSE）

這種類(lèi)型的電子來(lái)源于相互作用體積內(nèi)的一個(gè)寬廣區(qū)域。它們是入射電子與物質(zhì)原*彈性碰撞的結(jié)果，這導(dǎo)致了入射電子軌道的變化。可以把入射電子與物質(zhì)原子碰撞看作是所謂的“臺(tái)球”模型，小粒子（入射電子）與較大的粒子（原子）相撞。較重的原子比輕原子更容易散射電子，從而產(chǎn)生更強(qiáng)的信號(hào)（圖2），因此背散射電子到達(dá)探測(cè)器的數(shù)量與物質(zhì)的原子序數(shù)成正比。這種背散射電子（BSE）數(shù)量對(duì)原子序數(shù)的依賴(lài)幫助我們區(qū)分不同的成分區(qū)域，提供了樣本成分組成信息的成像。此外，BSE圖像還可以提供關(guān)于樣品晶相、形貌和磁場(chǎng)等有價(jià)值的信息。

圖2：a）鋁/ 銅樣品的SEM圖像，b），c）電子束與鋁和銅相互作用的簡(jiǎn)化圖解。銅原子（更高的原子序數(shù)）與較輕的鋁原子相比，將更多的入射電子散射到探測(cè)器上，因此在SEM圖像中看起來(lái)更亮。

zui常見(jiàn)的BSE探測(cè)器是包含p-n結(jié)的固態(tài)探測(cè)器，其工作原理是利用逸出樣品后被探測(cè)器吸收的背散射電子產(chǎn)生的電子空穴對(duì)為基礎(chǔ)。這些電子空穴對(duì)的數(shù)量取決于背散射電子的能量。p- n結(jié)連接到兩個(gè)電極上，其中一個(gè)電極吸引電子，另一個(gè)吸引空穴從而產(chǎn)生電流，電流大小取決于所吸收的背散射電子的數(shù)量。

BSE檢測(cè)器位于樣品上方，與入射電子束形成“甜甜圈”排列，它們由對(duì)稱(chēng)分離的部分組成，以便zui大限度地收集背散射電子。當(dāng)所有的部分都被啟用時(shí)，圖像的對(duì)比度描繪了樣品的原子序數(shù)信息。通過(guò)只啟用探測(cè)器的特定象限，圖像反應(yīng)樣品的形貌信息。

圖3：背散射電子探測(cè)器和二次電子探測(cè)器的位置。

二次電子

相反，二次電子來(lái)源于樣品表面和接近表面的區(qū)域。它們是入射電子束與樣品之間非彈性散射的結(jié)果，其能量比背散射電子低。二次電子對(duì)于樣品表面的細(xì)節(jié)反映非常有用，如圖4所示：

圖4：葉子的成像：a）背散射成分像（BSD） b）背散射形貌像（BSD） c）二次電子像

E-T型探測(cè)器是zui常用的二次電子探測(cè)器。它由一個(gè)法拉第籠內(nèi)的閃爍體組成，它帶正電可以吸引二次電子。之后閃爍體加速電子并將它們轉(zhuǎn)換成光，然后到達(dá)光電倍增管進(jìn)行放大，二次電子檢測(cè)器以一定的角度被放置在樣品室的一側(cè)，有助于提高二次電子的檢測(cè)效率。

這兩類(lèi)電子是掃描電鏡（SEM）用戶zui常用的成像信號(hào)。并非所有的SEM用戶都只需要一種類(lèi)型的信息，因此擁有多個(gè)探測(cè)器的表征功能使SEM成為一種通用的工具，可以為許多不同的應(yīng)用提供有價(jià)值的解決方案。