扫描电镜若干重要术语解读

　　二次电子（secondary electron SE）

　　二次电子的成因是由于高能入射电子与样品原子核外电子相互作用，使核外电子电离所造成，尤其是外层电子与原子核结合力较弱，被大量电离形成自由电子。如果这种过程发生在样品表层，自由电子只要克服材料的逸出功，就能离开样品，成为二次电子。对于金属，价电子结合能很小，约为10eV，其电离的几率远远大于内壳层电子，样品吸收一个高能电子，就能产生多个二次电子。二次电子绝大部分为价电子。入射电子在样品深处同样产生二次电子，但由于二次电子能量小，不能出射。出射的二次电子只限于样品的表层，其范围与入射电子束直径相当，取样深度根据计算得到为小于10nm的范围。因此用二次电子成像分辨率高，能够完全反映样品的表面形貌特征。

　　背散射电子（backscattered electron BSE）

　　电子束一般要穿入样品的某个深度后才能经受充分的散射过程，使其穿行方向反转和引起背散射，因此从样品出射的背散射电子带有样品某个深度范围的性质信息，其取样深度很大程度上依赖样品本身的性质，无法用单一数字给出这个深度值。所以射BSE的数量高度依赖于电子束撞击点样品的平均原子序数。因此，随着原子序数增加，背散射的电子就更多。从样品表面背散射出来的电子也激发二次电子，作为SE2电子。BSE给出深度信息和图像中的原子序数衬度。

　　特征X射线（characteristic X-ray X-ray）

　　当高能电子进入样品后，受到样品原子的非弹性散射，将其能量传递给原子而使其中某个内壳层的电子被电离，并脱离该原子，内壳层上出现一个空位，原子处于不稳定的高能激发态。在激发后10-12S内原子便恢复到最低能量的基态。在这个过程中，一系列外层电子向内壳层空位跃迁，同时产生特征X射线和俄歇电子，释放出多余的能量。特征X射线有足够大的能量，可以从样品深部出射，其产生范围包容了相互作用区的最外层，对于中等以上原子序数的样品，如金属或陶瓷，该范围约几个微米。特征X射线携带样品化学成分信息。

　　低电压成像技术

　　扫描电镜通常使用10KV~30KV加速电压工作，可获得优质图像；微区成分分析也能提供可靠的定性定量结果。然而对于某些热敏或者导电性能差的样品，如：半导体和器件、合成纤维、溅射或氧化薄膜、纸张、动植物组织、高分子材料等，有时不允许进行导电处理，而要求直接观察。即可选用低电压成像技术，选用1~5KV或更低的加速电压进行成像。

　　优点：

　　1、增强样品表面形貌和成分衬度选用低加速电压，即意味着使用低能电子束，入射样品后受到散射的扩散区域小，相互作用区接近表面，有利于表面形貌成像。常规加速电压观察半导体或绝缘体时，样品必须镀导电膜，这时形貌衬度是唯一的成像衬度，膜层完全掩盖了样品不同元素出射电子产率的变化，不能观察到样品的成分衬度。选用低能电子束，样品不用镀膜，可直接观察样品的形貌和成分衬度，充分反映出材料的原貌；

　　2、减少或消除样品的核电效应；

　　3、减小电子束辐照损伤。

　　缺点：

　　空间电荷效应、电子光学系统像差、杂散磁场的影响使图像分辨率低，质量下降。

　　某些非导电材料的合适低加速电压值

　　低真空成像技术

　　对于某些导电性差的材料，如半导体、集成电路、印制板、电脑零件、纸张、纤维、或者含水的动植物样品，要求直接观察微观形貌，使用常规高真空（High vacuum，HV）成像受到限制，应该使用VP（Variable pressure，可变压力模式）或EP（Extend pressure，扩展压力模式）成像技术。VP或EP模式，可以直接观察不导电材料或动植物样品。因为样品室的真空度不太高，仍然有大量的气体分子存在，入射电子和信号电子把样品附近的气体分子，诸如O、N电离，这些离子在附加电场作用下向样品运动，中和表面积累的电子，消除荷电现象，选用较高的加速电压仍然可以正常工作。此外，样品制备简单，可适合观察放气样品，适合对非导电样品直接进行成分检测。

　　探测器，应该选用BSD或VPSE探测器。