透射電鏡-電子探針等技術(shù)課件

1、電子探針工作原理 電子探針（Electron Probe Microanalysis-EPMA）的主要功能是進行微區(qū)成分分析。其原理是：用細聚焦電子束入射樣品表面，激發(fā)出樣品元素的特征X射線，分析特征X射線的波長（或能量）可知元素種類；分析特征X射線的強度可知元素的含量。其鏡筒部分構(gòu)造和SEM相同，檢測部分使用X射線譜儀，用來檢測X射線的特征波長（波譜儀）和特征能量（能譜儀），以此對微區(qū)進行化學(xué)成分分析。 X射線譜儀是電子探針的信號檢測系統(tǒng)，分為： 1.波長分散譜儀（WDS），波譜儀（WDS、WDX）Wavelength dispersive X-ray spectroscopy 用來測定特征

2、X射線波長 2.能量分散譜儀（EDS），簡稱能譜儀（EDS、EDX）Energy dispersive X-ray spectroscopy) 用來測定X射線特征能量 X射線波長色散譜 其原理是用細聚焦電子束入射樣品表面，激發(fā)出樣品元素的特征X射線，分析特征X射線的波長即可知道樣品中元素的種類（定性分析），分析X射線的強度，則可知道樣品中對應(yīng)元素含量的多少（定量分析）。 WDS組成：波譜儀主要由分光晶體和X射線檢測系統(tǒng)組成。 1、概 述電子探針儀電子探針儀的特點和工作原理 第一臺商品電子探針X射線顯微分析儀(簡稱電子探針儀)是1956年制成的。 電子探針儀是一種微區(qū)成分分析儀器，它利用被聚焦成

3、小于1m的高速電子束轟擊樣品表面，由X射線波譜儀或能譜儀檢測從試樣表面有限深度和側(cè)向擴展的微區(qū)體積內(nèi)產(chǎn)生的特征X射線的波長和強度，得到1 m3微區(qū)的定性或定量的化學(xué)成分。電子探針顯微分析有以下特點： 1.顯微結(jié)構(gòu)分析 電子探針是利用0.5m-1m的高能電子束激發(fā)待分析樣品，通過電子與樣品的相互作用產(chǎn)生的特征X射線、二次電子、吸收電子、 背散射電子及陰極熒光等信息來分析樣品的微區(qū)內(nèi)(m范圍內(nèi))成份、形貌和化學(xué)結(jié)合狀態(tài)等特征。電子探針是幾個m范圍內(nèi)的微區(qū)分析， 微區(qū)分析是它的一個重要特點之一, 它能將微區(qū)化學(xué)成份與顯微結(jié)構(gòu)對應(yīng)起來，是一種顯微結(jié)構(gòu)的分析。 2. 元素分析范圍廣 電子探針所分析的元素

4、范圍從硼(B)鈾()，因為電子探針成份分析是利用元素的特征X射線，而氫和氦原子只有K層電子，不能產(chǎn)生特征X射線， 所以無法進行電子探針成分分析，鋰(Li)和鈹(Be)雖然能產(chǎn)生X射線，但產(chǎn)生的特征X射線波長太長，通常無法進行檢測，少數(shù)電子探針用大面間距的皂化膜作為衍射晶體已經(jīng)可以檢測Be元素。能譜儀的元素分析范圍現(xiàn)在也和波譜相同，分析元素范圍從硼(B)鈾()。 3. 定量分析準確度高 電子探針是目前微區(qū)元素定量分析最準確的儀器。電子探針的檢測極限(能檢測到的元素最低濃度)一般為（0.010.05）wt%， 不同測量條件和不同元素有不同的檢測極限，但由于所分析的體積小，所以檢測的絕對感量極限值約

5、為10-14g，定量分析的相對誤差為(13)%，對原子序數(shù)大于11，含量在 10wt% 以上的元素，其相對誤差通常小于2%。 4. 不損壞試樣、分析速度快 電子探針一般不損壞樣品，樣品分析后，可以完好保存或繼續(xù)進行其它方面的分析測試. 特征X射線的檢測 檢測特征X射線的波長和強度是由X射線譜儀(波譜儀或能譜儀)來完成的(1) 波長分散譜儀(波譜儀或光譜儀) 一般說來，入射電子束激發(fā)樣品產(chǎn)生的特征X射線是多波長的。波譜儀利用某些晶體對X射線的衍射作用來達到使不同波長分散的目的。 若有一束包括不同波長的X射線照射到一個晶體表面上，平行于該晶體表面的晶面(hkl)的間距為d，入射X射線與該晶面的夾角

6、為1，則其中只有滿足布喇格方程1=2dsin1 的那個波長的X射線發(fā)生衍射。若在與入射X射線方向成21 的方向上放置X射線檢測器，就可以檢測到這個特定波長的x射線及其強度。 若電子束位置不變，改變晶體的位置，使(hkl)晶面與入射X射線交角為2，并相應(yīng)地改變檢測器的位置，就可以檢測到波長為 2= 2d sin2的X射線。如此連續(xù)地操作，即可進行該定點的元素全分析。若將發(fā)生某一元素特征X射線的入射角固定，對樣品進行微區(qū)掃描，即可得到某一元素的線分布或面分布圖像。由Moseley定律 =K/(Z-)2 X射線特征譜線的波長和產(chǎn)生此射線的樣品材料的原子序數(shù)Z有一確定的關(guān)系(K為常數(shù)，為屏蔽系數(shù))。

7、=K/(Z-)2 只要測出特征X射線的波長，就可確定相應(yīng)元素的原子序數(shù)。 因為某種元素的特征X射線強度與該元素在樣品中的濃度成比例，所以只要測出這種特征X射線的強度，就可計算出該元素的相對含量。 這就是利用電子探針儀作定性、定量分析的理論根據(jù)。 供分析X射線譜儀用的波譜儀有旋轉(zhuǎn)式波譜儀和直進式波譜。1)旋轉(zhuǎn)式波譜儀 如圖所示，它用磨制的彎晶(分光晶體)，將光源(電子束在樣品上的照射點)發(fā)射出的射線束會聚在X射線探測器的接收狹縫處。通過將彎晶沿聚焦(羅蘭Rowland)圓轉(zhuǎn)動來改變角的大小，探測器也隨著在聚焦圓上作同步運動。光源、彎晶反射面和接受狹縫始終都座落在聚焦圓的圓周上。 旋轉(zhuǎn)式波譜儀雖然

8、結(jié)構(gòu)簡單，但有三個缺點： a)其出射角 是變化的，若2 1，則出射角為2的x射線穿透路程比較長，其強度就低，計算時須增加修正系數(shù)，比較麻煩； b) X射線出射窗要設(shè)計得很大 c)出射角越小，X射線接受效率越低。2) 直進式波譜儀 特點是X射線出射角固定不變，彌補了旋轉(zhuǎn)式波譜儀的缺點。因此，雖然在結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜，但它是目前最常用的一種譜儀。如圖所示，彎晶在某一方向上作直線運動并轉(zhuǎn)動，探測器也隨著運動。聚焦圓半徑不變，圓心在以光源為中心的圓周上運動，光源、彎晶和接收狹縫也都始終落在聚焦圓的圓周上 由光源至晶體的距離L(叫做譜儀長度)與聚焦圓的半徑有下列關(guān)系： L=2Rsin=R/d 所以，對于給定

9、的分光晶體，L與存在著簡單的線性關(guān)系。因此，只要讀出譜儀上的L值，就可直接得到值。 在波譜儀中，是用彎晶將X射線分譜的。因此，恰當(dāng)?shù)剡x用彎晶是很重要的。晶體展譜遵循布喇格方程2dsin=。顯然，對于不同波長的特征X射線就需要選用與其波長相當(dāng)?shù)姆止饩w。對波長為0.05-10nm的X射線，需要使用幾塊晶體展譜。選擇晶體的其他條件是晶體的完整性、波長分辨本領(lǐng)、衍射效率、衍射峰強度和峰背比都要高，以提高分析的靈敏度和準確度。電子探針分析方法及應(yīng)用 1. 定點分析： 將電子束固定在要分析的微區(qū)上，用波譜儀分析時，改變分光晶體和探測器的位置，即可得到分析點的X射線譜線；用能譜儀分析時，幾分鐘內(nèi)即可直接從

10、熒光屏（或計算機）上得到微區(qū)內(nèi)全部元素的譜線。 2. 線分析： 將譜儀（波、能）固定在所要測量的某一元素特征X射線信號（波長或能量）的位置把電子束沿著指定的方向作直線軌跡掃描，便可得到這一元素沿直線的濃度分布情況。改變位置可得到另一元素的濃度分布情況。 3. 面分析： 電子束在樣品表面作光柵掃描，將譜儀（波、能）固定在所要測量的某一元素特征X射線信號（波長或能量）的位置，此時，在熒光屏上得到該元素的面分布圖像。改變位置可得到另一元素的濃度分布情況。也是用X射線調(diào)制圖像的方法。 電子探針儀的實驗方法 1 電子探針儀的操作特點 總的來說，除了與檢測X射線信號有關(guān)的部件以外，電子探針儀的總體結(jié)構(gòu)與掃

11、描電鏡十分相似。(1) 加速電壓的選擇 入射電子的能量E0取決于電子槍加速電壓，后者一般為350keV，即E0=35keV。因為由樣品內(nèi)激發(fā)產(chǎn)生的某一特定譜線強度隨過電壓比E0/Ec (Ec為臨界電離激發(fā)能)的增高而增大。所以，分析過程中加速電壓的具體選擇，因待分析元素及其譜線的類別(K系或L系、M系)而異。 一般情況下，當(dāng)同時分析幾個元素時，E0必須大于所有元素的Ec，對其中Ec最高的元素來說?？紤]到X射線譜儀的波長檢測范圍，特別是在0.071nm范圍以內(nèi)檢測效果最好，也為了防止某些元素譜線之間因波長差異不大而相互干擾，有時必須選用特定的譜系進行分析。這樣，E0應(yīng)是相應(yīng)躍遷始態(tài)的臨界電離激發(fā)

12、能，如Ec(K)或Ec(L)等。(2) 入射電子束流的選擇 為了提高X射線信號強度，電子探針儀必須采用較大的入射電子束流。由于電子流高度密集條件的空間電荷效應(yīng)，束流 I 的增大勢必造成最終束斑尺寸dp的擴大，從而影響分析的空間分辨率 dx=dp+Ds 式中，Ds為電子在樣品內(nèi)的側(cè)向擴展，它隨加速電壓和樣品被測區(qū)域的平均原子序數(shù)而異。 但無限制地減少束斑直徑dp，其意義也不大，例如將dp縮小到0.25m以下對改善dx沒有明顯的影響。所以，采用盡可能低的電壓操作(當(dāng)然至少滿足E0Ec)才是降低dx的有效措施。因此，在確保有限的dp尺寸條件下盡可能提高束流i，不僅為提高訊號強度所必需，也是完全可能的

13、。通常選用dp=0.5 m的束斑，這時束流i遠較掃描電鏡高，在10-910-7A范圍內(nèi)。(3) 光學(xué)顯微鏡的作用 為了便于選擇和確定分析點，電子探針儀的鏡筒內(nèi)裝有與電子束同軸的光學(xué)顯微鏡觀察系統(tǒng)(100400倍)，確保光學(xué)顯微鏡圖象中由垂直交叉線所標記的樣品位置恰與電子束轟擊點精確重合。 (4)樣品室的特殊要求 電子探針定量分析要求在完全相同的條件下，對未知樣品和待分析元素的標樣測定特定譜線的強度，樣品臺?？赏瑫r容納多個樣品座，分別裝置樣品和標樣，后者可有十幾個。 一般情況下，電子探針分析要求樣品平面與入射電子束垂直，即保持電子束垂直入射的方向。所以，樣品臺除了可作X、Y軸方向的平移運動外，一

14、般不作傾斜運動，對于定量分析更是如此。 (5) 定量分析的數(shù)據(jù)處理 利用電子探針儀進行微區(qū)成分的定量分析，即把某元素的特征X射線測量強度換算成百分濃度時，涉及X射線信號發(fā)生和發(fā)射過程中的許多物理現(xiàn)象，十分敏感地受到樣品本身化學(xué)成分的影響，需要一整套復(fù)雜的校正計算。 對于原子序數(shù)高于10、濃度高于10%左右的元素來說，定量分析的相對精度約為1%5%。但對于原子序數(shù)低于10的一些輕元素或超輕元素來說，無論從定性還是定量分析的角度來看，尚有許多方面需要改善和提高。 2 電子探針儀的樣品制備 電子探針儀的樣品制備相對掃描電鏡來說稍嫌麻煩。樣品質(zhì)量的好壞，對分析結(jié)果影響很大。因此，對用于電子探針分析的樣

15、品應(yīng)滿足下列三點要求： (1) 必須嚴格保證樣品表面的清潔和平整 (2) 樣品尺寸適宜放入電子探針儀樣品室 (3) 樣品表面須具有良好的導(dǎo)電性3 電子探針儀的分析方法(1)定點元素全分析(定性或定量) 首先用同軸光學(xué)顯微鏡進行觀察，將待分析的樣品微區(qū)移到視野中心，然后使聚焦電子束固定照射到該點上。以波譜儀為例，這時驅(qū)動譜儀的晶體和檢測器連續(xù)地改變L值，記錄X射線信號強度I隨波長的變化曲線，如圖4-81b)所示。 檢查譜線強度峰值位置的波長，即可獲得所測微區(qū)內(nèi)含有元素的定性結(jié)果。 通過測量對應(yīng)某元素的適當(dāng)譜線的X射線強度就可以得到這種元素的定量結(jié)果。(2)線掃描分析 在光學(xué)顯微鏡的監(jiān)視下，把樣品

16、要檢測的方向調(diào)至x或y方向，使聚焦電子束在試樣掃描區(qū)域內(nèi)沿一條直線進行慢掃描，同時用計數(shù)率計檢測某一特征X射線的瞬時強度。若顯象管射線束的橫向掃描與試樣上的線掃描同步，用計數(shù)率計的輸出控制顯象管射線束的縱向位置，這樣就可以得到某特征X射線強度沿試樣掃描線的分布。圖4-86電子探針定量分析的基本概念 定量分析的目的是要求出試樣中某元素的濃度(重量百分數(shù))，它的依據(jù)是某元素的x射線強度與該元素在試樣中的濃度成比例。為了排除譜儀在檢測不同元素譜線時條件不同所產(chǎn)生的影響，一般采用成分精確已知的標樣。在定量分析的實驗操作中，必須在完全相同的入射激發(fā)和接收條件下精確地測量未知樣品和標樣中同一元素A的同名特

17、征譜線（通常是K線，對高原子序數(shù)的元素也可采用或L）強度。 (2) 能量色散譜儀(簡稱能譜儀) 波譜儀是用分光晶體將X射線波長分散開來分別加以檢測，每一個檢測位置只能檢測一種波長的X射線。而能譜儀與此不同，它是按X射線光子能量展譜的。 X射線能量色散譜 其原理是跟波長色散譜儀一樣：用細聚焦電子束入射樣品表面，激發(fā)出樣品元素的特征X射線，分析特征X射線的特征能量即可知道樣品中元素的種類（定性分析），分析X射線的強度，則可知道樣品中對應(yīng)元素含量的多少（定量分析）。1、概 述 能譜儀（EDS）的工作原理Si(Li)X射線能譜儀的結(jié)構(gòu)框圖 能譜儀（EDS）的工作過程 來自樣品的X射線信號穿過薄鈹窗進入

18、被冷凍的，反偏的p-I-n(p型-本征型-n型)鋰漂移硅檢測器中。每吸收一個X射線光子就會打出一個光電子，光電子的大部分能量用于形成若干個空空-電子對。電子-空空對在外加偏壓下移動而形成電荷脈沖，此脈沖經(jīng)電荷靈敏的前置放大器轉(zhuǎn)換成放大的電荷脈沖。信號經(jīng)主放大器進一步放大、整形、最后送入多道脈高分析器（MCA）在那里脈沖按電壓值被分類。脈沖的電壓分布可顯示在CRT上記錄儀上，或者直接存于計算機中，或者轉(zhuǎn)送到計算機中作過一步處理，如識別和定量分析。 能譜儀（EDS）的性能指標能量分辨率 能量分辨率是儀器分辨能量相近的特征譜線的能力。Mn的K譜峰 其它性能指標(1)峰背比（P/B）峰背比是衡量探測器

19、性能指標之一，它用MnK峰峰位處（5.898keV）計數(shù)與1keV處計數(shù)之比來表示。測定時探測器不要插入電鏡接口，用Fe55放射源采集Mn的K譜線，要求5.898keV處計累計達10萬以上，測得的峰背比一般要求優(yōu)于1500：1。(2)峰位漂移它是衡量放大器性能的指標之一，當(dāng)計數(shù)率從1keps增加到20keps時，MnK峰位漂移一般應(yīng)小于5eV.(3)長期工作穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性這是衡量多道分析器性能的指標。長期工作穩(wěn)定性要求在室溫下連續(xù)工作24小時，道位置漂移不超過1道 。溫度穩(wěn)定性要求在+5C+45C范圍內(nèi)零點（指第零道下邊界對應(yīng)于輸入脈沖多少伏）溫度漂移不大于150V/C能譜儀（EDS）的應(yīng)

20、用 化學(xué)成分分析 對樣品進行化學(xué)成分分析是能譜儀的主要應(yīng)用。分析結(jié)果的準確度不如化學(xué)方法，也不如波譜法，但它突出的優(yōu)點是快速，全譜一次收集，分析一個樣品只需幾分鐘至幾十分鐘，而波譜法要幾十分鐘至幾個小時；不破壞樣品，而化學(xué)方法往往要破壞樣品；可以把樣品的成分和形貌、乃至結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起進行綜合分析 ；而其他方法對這一條是無能為力的。 單元素的線掃描 單元素的面分布(3) 能譜儀的特點 1) 能譜儀所用的Si(Li)探測器尺寸小，可以裝在靠近樣品的區(qū)域。這樣，X射線出射角大，接收X射線的立體角大，X射線利用率高，可達10000脈沖/s10-9A。能譜儀在低束流情況下(10-10-10-12A)工作

21、，仍能達到適當(dāng)?shù)挠嫈?shù)率。電子束流小，束斑尺寸小、采樣的體積也較小，最少可達0.1m3，而波譜儀大于1m3。2)分析速度快，可在2-3分鐘內(nèi)完成元素定性全分析。3) 能譜儀工作時，不需要象波譜儀那樣聚焦，因而不受聚焦圓的限制，樣品的位置可起伏2-3mm，適用于粗糙表面成分分析。4) 工作束流小，對樣品的污染作用小。5) 能進行低倍X射線掃描成象，得到大視域的元素分布圖。6) 分辨本領(lǐng)比較低，只有150eV(波譜儀可達10eV)；7) 峰背比小，一般為100，而波譜儀為1000；8)Si(Li)探測器必須在液氮溫度下使用，維護費用高，用超純鍺探測器雖無此缺點，但其分辨本領(lǐng)低。WDS與EDS的比較掃

22、描電鏡與能譜分析圖3-7 設(shè)計的鋁黃銅在NaCl溶液中腐蝕形貌及能譜分析(線掃描)a Cu-Zn-Al-Ni-As-B線掃描, b Cu-Zn-Al-Ni-B-RE線掃描,c Cu-Zn-Al-Ni-As-B-RE線掃描cba稀土鋁黃銅的腐蝕產(chǎn)物覆蓋完整而均勻，其厚度約為4m；而含砷鋁黃銅的腐蝕產(chǎn)物層很?。ú坏?m），而且覆蓋不完整，其局部的腐蝕產(chǎn)物已經(jīng)脫落，使得合金基體重新暴露出來，而再次被腐蝕。這與表面腐蝕形貌的觀測結(jié)果是一致的。掃描電鏡與能譜分析b圖3-8 設(shè)計的鋁黃銅在NaCl（3.5%）溶液中腐蝕形貌及能譜分析（點掃描）a Cu-Zn-Al-Ni-B-RE b Cu-Zn-Al-Ni

23、-As-B-RE表層 c Cu-Zn-Al-Ni-As-B-RE內(nèi)層ca元素的分布特征與線掃面的結(jié)果基本一致 掃描電鏡與能譜分析圖3-9 Cu-Zn-Al-Ni-B-RE合金在NaCl（3.5%）+ Na2S（1g/L）中腐蝕后的表面形貌 a 1000 b 5000ab圖3-10 Cu-Zn-Al-Ni-B-RE合金在NaCl（3.5%）+Na2S（1g/L）中腐蝕后的能譜分析Cu-Zn-Al-Ni-B-RE合金在NaCl（3.5%） +Na2S溶液中浸泡腐蝕30天后的，其表面形成了一層致密的硫化物，將腐蝕介質(zhì)與合金基體隔離開來，抑制了腐蝕的進行，起到了對基體的保護作用。 掃描電鏡與能譜分析a

24、b圖3-11 設(shè)計的鋁黃銅在NaCl（3.5%）+Na2S溶液中腐蝕形貌及能譜分析(線掃描)a Cu-Zn-Al-Ni-As-B線掃描， b Cu-Zn-Al-Ni-B-RE線掃描， c Cu-Zn-Al-Ni-As-B-RE線掃描c三種合金之中，以Cu-Zn-Al-Ni-B-RE合金的腐蝕速率最小，Cu-Zn-Al-Ni-As-B合金的腐蝕速率最大。這個推測與失重法的實驗結(jié)果實完全吻合的。 掃描電鏡與能譜分析圖3-12 設(shè)計的鋁黃銅在NaCl+Na2S溶液中腐蝕形貌及能譜分析(點掃描)a Cu-Zn-Al-Ni-B-RE b Cu-Zn-Al-Ni-As-B-REba掃描電鏡與能譜分析圖3-

25、13 設(shè)計的鋁黃銅在NaCl+NH4Cl溶液中腐蝕形貌及能譜分析(線掃描)a Cu-Zn-Al-Ni-As-B線掃描,b Cu-Zn-Al-Ni-B-RE線掃描,c Cu-Zn-Al-Ni-As-B-RE線掃描cba由線掃描的結(jié)果可以看出，三者的腐蝕產(chǎn)物存在著一些共同點：表層為Cu、N、Cl、O的富集區(qū)，重元素Cu在外區(qū)間的富集使其相對于內(nèi)層有較高的亮度；而內(nèi)層則主要是Al和O的富集。掃描電鏡與能譜分析7圖3-14 設(shè)計的鋁黃銅在NaCl+NH4Cl溶液中腐蝕形貌及能譜分析（點掃描）a Cu-Zn-Al-Ni-B-RE b Cu-Zn-Al-Ni-As-B-RE表層 c Cu-Zn-Al-Ni

26、-As-B-RE內(nèi)層bca點掃描的結(jié)果顯示了Al的在腐蝕層的內(nèi)層的含量達到了基體名義含量的10倍以上。掃描電鏡與能譜分析8圖3-15 設(shè)計的錫黃銅在NaCl（3.5%）溶液中腐蝕形貌及能譜分析(線掃描)a Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.05RE線掃描,b Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.1RE線掃描dbCu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.05RE合金腐蝕產(chǎn)物層的線掃描的結(jié)果可以看出，Cu在腐蝕產(chǎn)物中貧化，而Zn、Al、O、Cl富集。 掃描電鏡與能譜分析設(shè)計的鋁黃銅在NaCl溶液中腐蝕形貌及能譜分析(點掃描)a Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B

27、-Mn-Sb-0.05RE b Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.1REacb掃描電鏡與能譜分析ca圖3-17 設(shè)計的錫黃銅在NaCl+Na2S溶液中腐蝕形貌及能譜分析(線掃描) a Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.05RE腐蝕形貌 b Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.05RE線掃描c Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.1RE腐蝕形貌 d Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.1RE線掃描bd掃描電鏡與能譜分析ca圖3-19 設(shè)計的錫黃銅在NaCl（3.5%）+NH4Cl（0.5mol/L）溶液中腐蝕形貌 a Cu

28、-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.05RE腐蝕形貌 b Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.05RE線掃描c Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.1RE腐蝕形貌 d Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.1RE線掃描db(3)面掃描分析 聚焦電子束在試樣表面進行面掃描，將X射線譜儀調(diào)到只檢測某一元素的特征X射線位置，用X射線檢測器的輸出脈沖信號控制同步掃描的顯象管掃描線亮度，在熒光屏上得到由許多亮點組成的圖象。亮點就是該元素的所在處。因此根據(jù)圖象上亮點的疏密程度就可確定某元素在試樣表面上分布情況。將X射線譜儀調(diào)整到測定另一元素特征X射線位置時

29、就可得到那一成分的面分布圖象。水泥熟料的SEMCa的面分布Al的面分布Si的面分布Mg的面分布Fe的面分布 入射電子束和物質(zhì)作用，可以激發(fā)出原子的內(nèi)層電子。外層電子向內(nèi)層躍遷過程中所釋放的能量，可能以X光的形式放出，即產(chǎn)生特征X射線，也可能又使核外另一電子激發(fā)成為自由電子，這種自由電子就是俄歇電子。對于一個原子來說,激發(fā)態(tài)原子在釋放能量時只能進行一種發(fā)射：特征X射線或俄歇電子。原子序數(shù)大的元素，特征X射線的發(fā)射幾率較大，原子序數(shù)小的元素，俄歇電子發(fā)射幾率較大，當(dāng)原子序數(shù)為33時，兩種發(fā)射幾率大致相等。因此，俄歇電子能譜適用于輕元素的分析。 如果電子束將某原子K層電子激發(fā)為自由電子，L層電子躍遷

30、到K層，釋放的能量又將L層的另一個電子激發(fā)為俄歇電子，這個俄歇電子就稱為KLL俄歇電子。同樣，LMM俄歇電子是L層電子被激發(fā)，M層電子填充到L層，釋放的能量又使另一個M層電子激發(fā)所形成的俄歇電子。俄歇電子能譜基本原理 對于原子序數(shù)為Z的原子,俄歇電子的能量可以用下面經(jīng)驗公式計算： EWXY(Z)=EW(Z)-EX(Z)-EY(Z+)-(1)式中， EWXY(Z)：原子序數(shù)為Z的原子，W空穴被X電子填充得到的俄歇電子Y的能量； EW(Z)-EX(Z)：X電子填充W空穴時釋放的能量； EY(Z+)：Y電子電離所需的能量。 因為Y電子是在已有一個空穴的情況下電離的，因此，該電離能相當(dāng)于原子序數(shù)為Z和

31、Z+1之間的原子的電離能。其中=1/2-1/3。根據(jù)式(1)和各元素的電子電離能，可以計算出各俄歇電子的能量，制成譜圖手冊。因此，只要測定出俄歇電子的能量，對照現(xiàn)有的俄歇電子能量圖表，即可確定樣品表面的成份。由于一次電子束能量遠高于原子內(nèi)層軌道的能量，可以激發(fā)出多個內(nèi)層電子，會產(chǎn)生多種俄歇躍遷，因此,在俄歇電子能譜圖上會有多組俄歇峰，雖然使定性分析變得復(fù)雜，但依靠多個俄歇峰,會使得定性分析準確度很高，可以進行除氫氦之外的多元素一次定性分析。同時,還可以利用俄歇電子的強度和樣品中原子濃度的線性關(guān)系,進行元素的半定量分析,俄歇電子能譜法是一種靈敏度很高的表面分析方法。其信息深度為1.0-3.0nm

32、, 是一種很有用的分析方法。AES最主要的應(yīng)用是進行表面元素的定性分析。AES譜的范圍可以收集到20-1700eV。因為俄歇電子強度很弱，用記錄微分峰的辦法可以從大的背景中分辨出俄歇電子峰，得到的微分峰十分明銳，很容易識別。當(dāng)然，在分析AES譜時，要考慮絕緣薄膜的荷電位移效應(yīng)和相鄰峰的干擾影響。與XPS相似，AES也能給出半定量的分析結(jié)果。這種半定量結(jié)果是深度為1-3nm表面的原子數(shù)百分比。 AES法也可以利用化學(xué)位移分析元素的價態(tài)。但是由于很難找到化學(xué)位移的標準數(shù)據(jù)，因此，譜圖的解釋比較困難。要判斷價態(tài),必須依靠自制的標樣進行。由于俄歇電子能譜儀的初級電子束直徑很細，并且可以在樣品上掃描。因

33、此，它可以進行定點分析，線掃描，面掃描和深度分析。在進行定點分析時，電子束可以選定某分析點，或通過移動樣品，使電子束對準分析點，可以分析該點的表面成份，化學(xué)價態(tài)和進行元素的深度分布。電子束也可以沿樣品某一方向掃描，得到某一元素的線分布，并且可以在一個小面積內(nèi)掃描得元素的面分布圖。利用氬離子槍剝離表面，俄歇電子能譜儀同樣可以進行深度分布。由于它的采樣深度比XPS淺,因此，可以有比XPS更好的更深度分辨率。進行深度分析也是俄歇電子能譜儀的最有用功能 離子探針 基本工作原理：將離子源產(chǎn)生的一次離子聚細加速打在固體樣品表面上產(chǎn)生正、負二次離子，將這些二次離子引入質(zhì)譜儀，經(jīng)放大后記錄下質(zhì)荷比（m/e）及

34、其強度，從而進行表面和體內(nèi)微量元素分析及縱向濃度分析。特點和主要用途：離子探針兼有電子探針、火花型質(zhì)譜儀以及俄歇電子能譜儀的特點?？筛哽`敏度地分析包括氫在內(nèi)的輕元素，特別是分析氫，是其它儀器所不具備的“特異功能”?？梢蕴綔y微量元素（硅中硼的探測極限50PPb），也可以探測電子探針顯微分析方法檢測極限以下的微量元素，研究其局部分布和偏析。還可以作為同位素分析?？梢苑治鰳O薄表面層和表面吸附物，表面分析時還可以進行縱向的濃度分析。廣泛應(yīng)用于金屬、半導(dǎo)體、催化劑、表面、薄膜等領(lǐng)域中以及環(huán)?？茖W(xué)、空間科學(xué)和生物化學(xué)等研究部門。 當(dāng)一束高能粒子與原子相互作用時，如果其能量大于或等于原子某一軌道電子的結(jié)合能，將該軌道電子逐出，對應(yīng)的形成一個空穴，使原子處于激發(fā)狀態(tài)。K層電子被擊出稱為K激發(fā)態(tài)，同樣L層電子被擊出稱為L激發(fā)態(tài)。此后在很短時間內(nèi)，由于激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，外層電子向空穴躍遷使原子恢復(fù)到平衡態(tài)，以降低原子能級。當(dāng)空穴產(chǎn)生在K層，不同外層的電子（L、M、N層）向空穴躍遷時放出的能量各不相同，產(chǎn)生的一系列輻射統(tǒng)稱為K系輻射。同樣，當(dāng)空穴產(chǎn)生在L層，所產(chǎn)生一系列輻射則統(tǒng)稱為L系輻射。當(dāng)較外層的電子躍遷（符合量子力學(xué)理論）至內(nèi)層空穴所釋放的能量以輻射的形式放出，便產(chǎn)生了