材料分析測試粒子束與材料的相互作用PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1 材料分析測試材料分析測試 粒子束與材料的相互作用粒子束與材料的相互作用 PPT課件課件 2 第1頁/共29頁 3 對比：物質(zhì)對對比：物質(zhì)對X射線的散射射線的散射 第2頁/共29頁 4 苗準距離苗準距離 散射角散射角 核電荷數(shù)或核電荷數(shù)或 原子序數(shù)原子序數(shù) 注意：電注意：電 子經(jīng)過原子經(jīng)過原 子核和電子核和電 子時偏轉(zhuǎn)子時偏轉(zhuǎn) 方向不同方向不同! 入射方向入射方向 與散射方與散射方 向之間的向之間的 夾角夾角 電子入射方向與電子入射方向與 原子核原子核(或電子或電子) 之間的距離之間的距離 電子衍射及成像的基礎(chǔ)電子衍射及成像的基礎(chǔ) 電子散射示意圖電子散射示意圖 與原子核作用與原子核作用

2、與核外電子作用與核外電子作用 第3頁/共29頁 5 電子的初始能量電子的初始能量 散射基元散射基元(原子核原子核)的質(zhì)量數(shù)的質(zhì)量數(shù)(質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和) 半散射角半散射角 c Ehh 如果是電子，散射如果是電子，散射 損失的能量如何？損失的能量如何？ 第4頁/共29頁 6 第5頁/共29頁 7 )2( 2 V Ze r Vr Ze n n 或 )2( 2 V e r Vr e e e 或 第6頁/共29頁 8 對一個原子序數(shù)為對一個原子序數(shù)為Z的孤立原子的孤立原子 Z Z e n 第7頁/共29頁 9 入射電子在固體中傳播時的能量損失曲線入射電子在固體中傳播時的能量損失曲線

3、（E0=1keV、3keV、5keV和和8keV） （1）入射電子的能量越大，穿入深度越大。）入射電子的能量越大，穿入深度越大。 （2）電子損失的能量開始迅速增加，然后迅速減小，直至損失殆盡。）電子損失的能量開始迅速增加，然后迅速減小，直至損失殆盡。 第8頁/共29頁 10 第9頁/共29頁 11 O入射電子入射電子 原子中的核外電子或二次電子原子中的核外電子或二次電子 第10頁/共29頁 12 入射電子束與固體作用產(chǎn)生的發(fā)射現(xiàn)象入射電子束與固體作用產(chǎn)生的發(fā)射現(xiàn)象 背散射電子背散射電子流流IR ，包括彈性背散射電子和非彈性背散射電子。，包括彈性背散射電子和非彈性背散射電子。 二次電子二次電子流

4、流IS ，它包括（真）二次電子和特征二次電子（，它包括（真）二次電子和特征二次電子（俄歇電子俄歇電子） 樣品樣品吸收電流吸收電流IA 電子激發(fā)誘導(dǎo)的電子激發(fā)誘導(dǎo)的X射線射線輻射強度輻射強度IX 連續(xù)的連續(xù)的X射線射線 特征特征X射線射線 X射線熒光射線熒光（二次特征（二次特征X射線）射線） 表面元素發(fā)射表面元素發(fā)射的總強度的總強度IE 透射電子透射電子流流IT 入射電子流I0 哪些是入射電子？哪些是入射電子激發(fā)的信號？哪些是入射電子？哪些是入射電子激發(fā)的信號？ 第11頁/共29頁 13 軔致輻射 （連續(xù)）X射線 薄樣品 第12頁/共29頁 14 從表面發(fā)射出去的二次電子流與入射電子流的比值從表

5、面發(fā)射出去的二次電子流與入射電子流的比值 （IS/I0）稱為）稱為二次電子產(chǎn)額二次電子產(chǎn)額，用，用 表示。表示。 二次電子產(chǎn)額與電子能量和入射角的普遍關(guān)系二次電子產(chǎn)額與電子能量和入射角的普遍關(guān)系 入射角入射角 越大越大， 越大；電子能量增加，越大；電子能量增加， 開始增加，達極大值后反而減少開始增加，達極大值后反而減少. 入射角入射角 ：電子束入射方向與表面法線之夾角。電子束入射方向與表面法線之夾角。 第13頁/共29頁 15 第14頁/共29頁 16 1-入射電子束入射電子束 2-俄歇電子激發(fā)體積俄歇電子激發(fā)體積 信息深度：信息深度：0.5-2nm 3-樣品表面樣品表面 4-二次電子激發(fā)體積

6、二次電子激發(fā)體積 信息深度：信息深度：5-10nm 5-背散射電子激發(fā)體積背散射電子激發(fā)體積 6-初級初級X射線激發(fā)體積射線激發(fā)體積 入射電子產(chǎn)生的各種信息的深度和廣度范圍入射電子產(chǎn)生的各種信息的深度和廣度范圍 (a) 電子束散射區(qū)域形狀電子束散射區(qū)域形狀(梨形作用體積梨形作用體積) (b)重元素樣品的電子束散射區(qū)域形狀重元素樣品的電子束散射區(qū)域形狀(半球形作用體積半球形作用體積) 為什么掃描電鏡的分辨率和信號的種類有關(guān)？為什么掃描電鏡的分辨率和信號的種類有關(guān)？ 第15頁/共29頁 17 電子與固體作用產(chǎn)生的發(fā)射電子譜（示意圖）電子與固體作用產(chǎn)生的發(fā)射電子譜（示意圖） 二次電子像二次電子像掃描

7、電鏡的主要成像方式掃描電鏡的主要成像方式 俄歇電子能譜（俄歇電子能譜（AES） 背散射電子像、低能電子衍射背散射電子像、低能電子衍射(LEED)、反射式高能電子衍射、反射式高能電子衍射(RHEED)、透射電子衍射、透射電子衍射(TEM上的上的ED)、電子背散射衍射、電子背散射衍射(electron backscattered diffraction, EBSD) 電子能量損失譜（電子能量損失譜（EELS） 第16頁/共29頁 18 第17頁/共29頁 19 第18頁/共29頁 20 第19頁/共29頁 21 第20頁/共29頁 22 離子離子-原子碰撞原子碰撞 散射角散射角 入射離子一般用Ar

8、離子 散射后離子的能量散射后離子的能量 2 21 22 1 2 1 22 1 2 22 )( 2cos)2sin( MM MMM k 碰撞后離子的能量損失與靶原子的質(zhì)量有關(guān)，離子與輕元素靶原子碰撞的能量損失比與重元素靶原子碰撞的能量損失大碰撞后離子的能量損失與靶原子的質(zhì)量有關(guān)，離子與輕元素靶原子碰撞的能量損失比與重元素靶原子碰撞的能量損失大。 第21頁/共29頁 23 第22頁/共29頁 24 第23頁/共29頁 25 第24頁/共29頁 26 離子與材料相互作用產(chǎn)生的信號離子與材料相互作用產(chǎn)生的信號 及據(jù)之建立的分析方法及據(jù)之建立的分析方法 信號信號分析方法分析方法 離子離子 初始離子初始離子ISS離子散射譜離子散射譜 二次離子二次離子 SIMS TOF-SIMS 二次離子散射譜二次離子散射