近,，有飛納電鏡用戶詢問關(guān)于電子束分析樣品時可以穿透樣品的深度的問題,，這里小編將為大家詳細介紹一下。

掃描電鏡是利用聚焦電子束進行微區(qū)樣品表面形貌和成分分析,，電子從發(fā)射源（燈絲）經(jīng)光路系統(tǒng)終到達樣品表面,，電子束直徑可到 10 nm 以下，場發(fā)射電鏡的聚集電子束直徑會更小,。

聚焦電子束到達樣品表面會激發(fā)出多種物理信號,，包括二次電子（SE），背散射電子（BSE）,，俄歇電子（AE）,、特征 X 射線（X-ray）、透射電子（TE）等,。

· 二次電子 信號主要來自樣品表面,，其深度范圍 10 nm ,，成像具有較高分辨率,，能夠很好的反映樣品形貌特征。

· 背散射電子 是入射電子被樣品原子核反彈回來的部分電子,，電子能量較高,，信號深度范圍可到 2 μm。

· X 射線 可以從樣品較深的位置出射,，其深度范圍可到 5 μm,。

圖1 不同樣品信號深度

聚焦電子束按一定方向入射到樣品上，電子會受到材料中晶體位場和原子庫侖場作用,，其運動方向發(fā)生改變,，稱散射現(xiàn)象，且該過程是隨機過程。

入射電子在樣品內(nèi)部的散射軌跡可以用 Monte Carlo 電子軌跡模型進行模擬,。聚焦電子束與樣品的作用區(qū)的形狀類似水滴形狀,。根據(jù) Monte Carlo 電子軌跡模型可以推導(dǎo)出入射電子大穿透深度 H。

H = 0.0019 (A/Z) ^1.63 E₀^1.71/ρ

其中 A 為樣品原子量,，Z 為樣品原子序數(shù),，E₀ 為入射電子能量（單位 KeV），ρ 為樣品密度­,。

圖2 電子束與樣品作用區(qū)域模擬圖

聚焦電子束與樣品作用區(qū)域的大小主要與樣品原子序數(shù),、電鏡加速電壓和電子束入射角度有關(guān)。

1) 樣品原子序數(shù) 隨原子序數(shù)增大,，大穿透深度降低,。

如下圖所示，當(dāng)掃描電鏡加速電壓固定,，隨著樣品原子序數(shù)增加,，其作用區(qū)域不斷減小。隨原子序數(shù)增大,，入射電子越容易散射,，更容易偏離起始方向，相互作用區(qū)域會減少,，大穿透深度也降低,。

圖3 原子序數(shù)對相互作用區(qū)域的影響

2) 電鏡加速電壓 隨著加速電壓增大，大穿透深度增加,。

如下圖所示,，對同一種材料，隨著加速電壓增加（5~25kV）,，其作用區(qū)域不斷變大,。分別采用 5kV、10kV,、15kV,，利用背散射探頭觀察碳材料，5kV 下樣品表面細節(jié)更豐富,，15kV 樣品形貌有明顯穿透感,。

加速電壓變大，入射電子的能量也增加,，電子的穿透深度變深,，電子軌跡在樣品表面變化不大，隨著電子穿透深度增加和多次散射發(fā)生,，入射電子方向也發(fā)生變化,，作用區(qū)域也變大。

圖4 加速電壓對相互作用區(qū)域的影響

圖5 背散射圖像，不同加速電壓下的碳材料形貌

3) 電子束入射角度 入射角度增大,，作用區(qū)域越小,。

入射電子與樣品作用區(qū)域形狀類似水滴，當(dāng)樣品表面不平或發(fā)生傾斜時,，電子束作用區(qū)域亦會受到影響,。

圖6 入射電子束角度?