扫描电镜SEM技术及检测方法.ppt

一、简介
二、基本物理概念
三、主要参数
四、工作模式与衬度原理
五、主要部件
六、应用举例
七、电子探针
一、简介与普通显微镜的差别：学习的重要性：

▲是形貌分析的重要手段

▲二次电子象在其它分析仪器中的应用

▲基本物理概念、仪器参数及基本单元的通用性二、基本物理概念

(一)电子与表面相互作用及与之相关的分析技术

(二)信息深度

(三)电子作为探束的分析技术特点
(一)电子与表面相互作用及与之相关的分析技术
1．信息种类及相应的分析技术：
△背散射：经弹性散射或一次非弹性散射后
以θ>90°射出表面，E∼Ep
△特征能量损失
△多次散射后射出－形成本底
△在样品中停止，变为吸收电流
△从样品透射(TEM)△二次电子：外层价电子激发
(SEM)
△俄歇电子：内层电子激发
(AES)
△特征X射线：内层电子激发
(EPMA)
△连续X射线：轫致辐射(本底）

对于半导体材料：
△阴极荧光
△电子束感生电流

2．检测电子的能量分布(二)信息深度

△非弹性散射平均自由程：
具有一定能量的电子连续发生两次非弹性碰撞
之间所经过的距离的平均值。
△衰减长度：I=Ioe－t/λ
当电子穿过t=λ厚的覆盖层后，它的强度
将衰减为原来的1/e,称λ为衰减长度。
△通常近似地把衰减长度λ当作电子的非弹性散射平均自由程，亦称为逸出深度。
△衰减长度和电子能量的关系：
实验结果：
经验公式：λ=(Ai/E2)+BiE1/2
其中A、B对于不同的元素及化合物有不同的值.
△信息深度：信号电子所携带的信息来自多厚的表面层？
通常用出射电子的逃逸深度来估计。
但是当出射电子以同表面垂直方向成θ角射出时，电子所反映的信息深度应该是：
d=λcosθ
△激发深度与信息深度：在扫描电镜中，由电子激发产生的主要信号的信息深度：
俄歇电子1nm(0.5-2nm)
二次电子5-50nm
背散射电子50-500nm
X射线0.1-1μm产生大量二次电子，产生少量二次电子，
信噪比差信噪比好

1．放大倍数
荧光屏上的扫描振幅
电子束在样品上的扫描振幅

放大倍数与扫描面积的关系：
(若荧光屏画面面积为10×10cm2)

放大倍数扫描面积
10×(1cm)2
100×(1mm)2
1,000×(100μm)2
10,000×(10μm)2
100,000×(1μm)2
2．分辨率
样品上可以分辨的两个邻近的质点或线条间的距离。

如何测量：拍摄图象上，亮区间最小暗间隙宽度
除以放大倍数。

影响分辨率的主要因素：
△初级束斑：分辨率不可能小于初级束斑
△入射电子在样品中的散射效应
△对比度
3．景深

△一般景深的定义：
△SEM的景深：
对于SEM，虽没有实际的成象透镜，但景深的意义是相同的。

在D深度范围内，中心处为最佳聚焦
当dp<最小可分辨时，在D深度范围内均可清晰成象。
dp/2=Dαo/2
D=dp/αo
αo一般为1mrad
故：景深为最小可分辨的1000倍四、工作模式与衬度原理
(一)二次电子象
(二)背散射电子象
(三)二次电子象与背散射电子象的比较

工作模式：依赖于用哪种物理量来调制显象管
△二次电子象模式
△背散射电子象模式

衬度：(对比度，是得到图象的最基本要素)

S为检测信号强度

(一)二次电子象
1.形貌衬度
二次电子产额δ=Is/Ip
△δ∝1/cosθ
θ为入射电子束与样品法线的夹角1920212.成分衬度

3.电位衬度

1．形貌衬度

△倾角因素：
背散射电子产额η=Ib/Ip
η随倾角θ增加而增加，但不精确满足正割关系

△方向因素：
背散射电子在进入检测器之前方向不变
入射束与背散射电子的方向关系

2.晶向衬度3．成分衬度
背散射电子产额与原子序数关系:
当Ep=20keV以下，则
η=-0.0254+0.016Z-1.86×10－4Z2+8.3×10－7Z3
设有两平坦相邻区域，分别由Z1和Z2纯元素组成，
且Z2>Z1则衬度
C==S为检测信号强度
为背散射电子强度
原子序数W:74Ti:22
Si:14Al:13O:8N:7如何排除表面不平坦因素？
△表面抛光
△采用双通道检测器及信号处理

(三)二次电子象与背散射电子象的比较
信号检测系统---闪烁体计数器
△栅网+250-500V二次电子象
-50V背散射电子象
△闪烁体6-10kV吸引、加速电子
撞击闪烁体发光
△光导管
△光子倍增器二次电子象与背散射电子象的比较

二次电子象背散射象

主要利用形貌衬度成分衬度
收集极+250－500V－50V
分辨率高较差
无阴影有阴影
信号大，信噪比好
五、主要部件
电子光学系统
扫描系统
信号检测系统
图象显示系统
电源系统和真空系统

电子光学系统