电镜学堂 | 细谈二次电子和背散射电子(一)

2019-08-27

  二次电子(SE)和背散射电子(BSE)是扫描电镜(SEM)中最基本、最常用的两种信号,对于很多扫描电镜使用者而言,二次电子可以用来表征形貌,背散射电子可以进行原子序数表征已经是基本的常识。然而,二次电子、背散射电子与衬度的关系并非如此简单。今天,我们就来深入的了解一下SE、BSE的细分类型,各自的特点,以及它们和衬度之间的关系。



二次电子


       二次电子是入射电子与试样中弱束缚价电子产生非弹性散射而发射的电子,一般能量小于50eV,产生深度在试样表面10nm以内。二次电子的产额在很大程度上取决于试样的表面形貌,因此这也是为什么在很多情况下大家把SE图像等同于形貌像。然而,这种说法并不严谨。


 二次电子(SE)和其它衬度的关系


        二次电子的产额其实和成分也有很大的关系,尤其是在低原子序数(Z<20)时,二次电子也能够清晰的反映出成分之间的差异。图1中显示的就是SE产额随原子序数Z的关系。

                                                       

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图1   SE产额随原子序数Z的关系



        这类实际例子非常多,如图2中的碳银混合材料,SE像不但可以区分出碳和银的成分差异,而且相对BSE图像来说具有更多的形貌细节。


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图2   碳银混合材料的SE、BSE图像以及碳、银电子产额


         所以,如果对于低原子序数试样,或者原子序数差异非常大时,若要反映成分衬度,并不一定非要用BSE像,SE像有时也可获得上佳的效果。


        除了成分衬度外,SE还具有较好的电位衬度,在正电位区域SE因为收到吸引而使得产额降低,图像偏暗,反之负电位区域SE像就会偏亮。而BSE因为本身能量高,所以产额受电位影响小,因此BSE像的电位衬度要比SE小的多。


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图3


        另外,如果遇上试样的导电性不好,出现荷电效应或者是局部荷电,这也可以看成是一种电位衬度。这也是当出现荷电现象的情况下,相对SE图像受到的影响大,BSE图像受影响则比较小。这也是为什么在发生荷电现象的情况下,有时可以用BSE像代替SE像来进行观察。


        至于通道衬度,一般来说因为需要将样品进行抛光,表面非常平整,这类样品基本上没有太多的形貌衬度。SE虽然也能看出不同的取向,但是相比BSE来说则要弱很多,所以一般我们都是用BSE图像来进行通道衬度的观察。


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图4


        SE和衬度的关系,总结来说就是SE的产额以形貌为主,成分为辅,容易受到电位的影响,取向带来的差异远不及BSE。


  在考虑具体使用哪种信号观察样品的时候,可以参考表1,SE和BSE特点刚好互补,并没有孰优孰劣之分,需要根据实际关注点来选择正确的信号进行成像。


表1


SE

BSE

能量

空间分辨率

表面灵敏度

形貌衬度

为主

兼有

成分衬度

稍有

为主

阴影衬度

电位衬度

抗荷电




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