能譜學(xué)習(xí)報(bào)告

能譜學(xué)習(xí)報(bào)告9月1產(chǎn)品近況2常用參數(shù)說(shuō)明2.1過(guò)壓比定義：過(guò)壓比是指SEM所加的高壓與某元素的某線系之最低激發(fā)能（E0）之比。例如：Al的Kα的激發(fā)能E0＝1.48，則當(dāng)加速電壓為15KV時(shí)，過(guò)壓比10。典型的加速電壓應(yīng)該介于合金中最重元素的能量的2倍和最輕元素的能量的10~20倍。低過(guò)壓比意味著在譜線中產(chǎn)生小的，差的激發(fā)峰和較差的統(tǒng)計(jì)學(xué)品質(zhì)，而過(guò)高的的過(guò)壓比會(huì)使相應(yīng)元素的能譜結(jié)果含量偏高，偏高程度與過(guò)壓比成正比。這就是我們做能譜定量分析中，H元素直接測(cè)出的結(jié)果質(zhì)量百分比嚴(yán)重偏高，因?yàn)樵?0KV下其過(guò)壓比高達(dá)80。一般來(lái)說(shuō)選擇10倍過(guò)壓比用于定量分析，20倍過(guò)壓比用于定性分析。高壓下做定性分析，根據(jù)結(jié)果再酌情做定量分析。對(duì)于我們的試樣，推薦20KV的加速電壓，特殊情況另做分析。2.2取出角（takeoffangle）定義：取出角為X-射線脫離樣品后飛向探測(cè)器的軌跡和樣品表面之間的夾角。影響因素：探頭安裝角度、樣品工作距離（WD）和樣品傾斜角（T或者Tilt，這里假設(shè)樣品表面平行樣品臺(tái)）。其中，探頭安裝角度是固定的，不同的電鏡探頭安裝角度不同。WD和T由我們自己調(diào)節(jié)，而T一般情況下均不調(diào)節(jié)，即T＝0。所以實(shí)際影像取出角的因素主要是WD。取出角的變化直接影響到探測(cè)器接受信號(hào)的強(qiáng)弱，典型的角度范圍為25~40。當(dāng)取出角處于一個(gè)合適值時(shí)，探測(cè)器接受到的信號(hào)最強(qiáng)，對(duì)應(yīng)于GENESIS軟件上就是計(jì)數(shù)率（CPS）最大。該取出角對(duì)應(yīng)的WD值稱之為標(biāo)準(zhǔn)值，WD不在標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)、T不為0時(shí)取出角都不為最佳值，即CPS不是最大。對(duì)應(yīng)的WD和T對(duì)取出角的影響如圖1所示。另外，取出角采集角，采集角也叫立體采集角，由取出角和探頭到樣品的距離共同決定。采集角是直接決定CPS的，對(duì)于我們的能譜儀來(lái)說(shuō)探頭到樣品的距離是固定的，而T一般不變化，所以直接決定CPS的是WD。我們的標(biāo)準(zhǔn)WD是10mm。取出角取出角標(biāo)準(zhǔn)WDWD<標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)際取出角<標(biāo)準(zhǔn)值Tilt>0實(shí)際取出角>標(biāo)準(zhǔn)值取出角取出角WD>標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)際取出角>標(biāo)準(zhǔn)值取出角圖1取出角變化示意圖2.3交互作用區(qū)交互作用區(qū)是用來(lái)說(shuō)明X射線信號(hào)在樣品內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)軌跡的統(tǒng)計(jì)學(xué)特征。如圖2所示，為其示意圖，右圖中梨狀的部分就是交互作用區(qū)。圖2交互作用區(qū)示意圖如圖所示，二次電子產(chǎn)生區(qū)域深度小于10nm，背散射電子產(chǎn)生區(qū)域深度約為1~2μm，X-射線和陰極熒光產(chǎn)生區(qū)域介于2~5μm。入射電子產(chǎn)生的相應(yīng)物理信號(hào)的深度決定其圖象的分辨率，所以在各種信號(hào)圖象的分辨率上，二次電子>背散射電子>特征X射線。另外，做EBSD時(shí)產(chǎn)生的X-射線并非圖中的X-射線。影響因素，影響交互作用區(qū)大小的因素有加速電壓、樣品的平均原子系數(shù)和樣品傾斜角度（T）。在只有一個(gè)變量變化時(shí)其變化規(guī)律如表1所示。表1交互作用區(qū)影響因素加速電壓原子序數(shù)傾角（T）↑↓↑↓↑↓交互作用區(qū)↑↓↓↑↓↑理解此概念對(duì)正確分析微小尺寸顆粒與超薄層厚材料非常重要，例如薄膜材料或者做失效分析。經(jīng)常提到的束斑尺寸與交互作用區(qū)無(wú)關(guān)。3EDX定性分析定性分析是定量分析的前一步驟，做好定性分析才能做好定量分析。EDX的定性分析中存在一定的主觀因素，特別是當(dāng)譜峰非常接近背底時(shí)，這是由分析儀器的特點(diǎn)及儀器的探測(cè)極限導(dǎo)致的。3.1重疊峰的剝離做定性判斷時(shí)常會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)峰重疊在一起的情況，例如AlK和BrL，SK和MoL峰。解決的辦法有：1）某些元素的峰存在重疊的可能，但不可能所有位置都重疊，找出它們其他的峰位置的差別來(lái)增加置信度；例如，有Cu的L峰出現(xiàn)時(shí)又不確定時(shí)，可以參看其K峰；2）選用高加速電壓，正確識(shí)別后再使用適當(dāng)?shù)募铀匐妷翰杉V線進(jìn)行定量分析；3）某些元素可以對(duì)其三強(qiáng)峰，例如Sn的L峰；4）與其理論的α和β峰的強(qiáng)度比值對(duì)比實(shí)際的峰強(qiáng)度比；3.2處理含量低的元素當(dāng)某元素的含量非常低，接近EDX探測(cè)極限時(shí)，應(yīng)盡量使CPS大一些，采集時(shí)間長(zhǎng)一些。當(dāng)然采集時(shí)間和CPS的大小也要因情況而定。1）放大倍數(shù)高時(shí)或者樣品固定不穩(wěn)的情況下，圖像容易漂移。采集時(shí)間越長(zhǎng)，CPS越大漂移會(huì)越嚴(yán)重，這樣采集的位置就會(huì)不準(zhǔn)確，結(jié)果就更不可取。2）導(dǎo)電性能不好的樣品，或者樣品旁有不導(dǎo)電部分時(shí)，樣品表面集聚電荷時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)電子束影響越嚴(yán)重，結(jié)果就越不可靠。3）某些相在電子束轟擊下會(huì)發(fā)生變化，收集時(shí)間越長(zhǎng)，變化越大。3.3利用HPD功能HPD功能是提取已經(jīng)識(shí)別出的（包括自動(dòng)識(shí)別出與手動(dòng)識(shí)別出）元素的理論參數(shù)結(jié)合實(shí)際的分析條件而生成的一條擬合線。HPD功能相當(dāng)有用，擬合線與峰吻合的好壞說(shuō)明定性分析的好壞。4EDX定量分析做EDX定量分析時(shí)，經(jīng)常存在對(duì)輕元素的含量計(jì)算偏高的現(xiàn)象，如果使用結(jié)果歸一法，則其他元素的含量必然減少，進(jìn)而造成誤差較大。于是，做能譜定量分析時(shí)就需要對(duì)一些元素的結(jié)果做修正。4.1SEC因子修正什么是SEC？SEC的全稱是StandardlessLight-ElementCoefficient，即非標(biāo)準(zhǔn)樣樣輕元素修正因子。SEC因子修正存在的價(jià)值是什么？SEC因子修正法是介于完全無(wú)標(biāo)樣定量分析與有標(biāo)樣定量分析之間的一種方法。其價(jià)值主要在于。1）做EDX定量分析中經(jīng)常存在對(duì)輕元素的計(jì)算偏高的現(xiàn)象，如果使用結(jié)果歸一法，則其他元素的含量必然減少，進(jìn)而造成誤差較大，使用SEC因子修正就可以比無(wú)標(biāo)樣能譜成分分析真實(shí)的多。2）SEC方法使用的標(biāo)準(zhǔn)樣品比有標(biāo)樣定量分析方法使用的標(biāo)樣要求要低得多！3）操作簡(jiǎn)單，時(shí)間短，用于能譜。SEC因子修正使用時(shí)的注意事項(xiàng)。1）必須先通過(guò)其他途徑獲得正常產(chǎn)品或者標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品中的輕元素的含量，以此為依據(jù)修正這些輕元素的修正因子，反過(guò)來(lái)用修正后的因子計(jì)算待測(cè)樣品的輕元素；例如有已知成分的某系鋁合金來(lái)反轉(zhuǎn)因子計(jì)算未知成分的鋁合金。3）此類操作需保持工作條件與參數(shù)的盡量相同?；衔飿?biāo)樣定量分析化合物標(biāo)樣定量分析具體操作如下。在spectrum窗口下，點(diǎn)開(kāi)“Quant”鍵旁的擴(kuò)展菜單，會(huì)出現(xiàn)下圖所示的窗口（1）。點(diǎn)“Stds”鍵，出現(xiàn)窗口（2），然后輸入已知合金樣品的各合金元素的含量，如窗口2中紅色圓橢圓標(biāo)記。具體流程是，先點(diǎn)擊“Compound”然后點(diǎn)擊“Setup”選擇“Elements”，再輸入已知合金樣品的各合金元素的含量。之后點(diǎn)擊“RZAF”（反轉(zhuǎn)ZAF因子）出現(xiàn)窗口（3），即修正后的ZAF因子。點(diǎn)擊勾上“UseAsCompound”，再點(diǎn)“OK”。此時(shí)設(shè)置完畢，能夠發(fā)現(xiàn)“Quant”鍵旁的“Stds”后不再是“None”，而是“Compound”。之后再點(diǎn)擊“Quant”鍵出來(lái)的結(jié)果就按照化合物標(biāo)樣修正后的定量分析結(jié)果。（1）（2）（3）（4）該方法定量分析和SEC因子修正法相似，所需要的條件也相似，不同在于該方法需要知道合金中全部元素的具體含量。4.3純?cè)貥?biāo)樣定量分析1）純?cè)貥?biāo)樣定量分析方法與化合物標(biāo)樣定量分析方法有相似之處，都需要標(biāo)樣與標(biāo)樣之間，標(biāo)樣與待測(cè)樣品之間的操作條件一致，如WD，傾斜度，HV，束流；2）由于標(biāo)樣與待測(cè)樣品之間的差異，一般DT%有所變化，無(wú)法保持一致；3）操作順序上與化合物標(biāo)樣定量分析方法相似，采集各個(gè)純?cè)貥?biāo)樣的譜線以修正軟件參數(shù)，再用修正后的參數(shù)計(jì)算待測(cè)樣品中的元素含量。5EDX軟件功能本次講座中提到的“面分布”和“線掃描”只是簡(jiǎn)單介紹其中一部分功能，以便于我們更靈活的使用能譜儀。5.1面分布面分布中有三種常用的掃描方式，如下圖中所示，快速面掃描（Live）、定量面掃描（Quant）和全譜面掃描（Spc）。其中快速面掃描用時(shí)最短，約6分鐘，儲(chǔ)存數(shù)據(jù)也較為簡(jiǎn)單。而全譜面掃儲(chǔ)存數(shù)據(jù)較全，用時(shí)也最長(zhǎng)，一般在2小時(shí)以上。其他的在具體操作時(shí)解釋說(shuō)明。5.2線掃描本次講座介紹了一些線掃時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)，例如CPS和收集時(shí)間，DT％（死時(shí)間）的合適范圍等。具體的學(xué)習(xí)操作可能在下一次講座中講授。6EDX譜線校準(zhǔn)前提條件：1）液氮加入2小時(shí)后操作；2）加速電壓25KV,至少20KV；操作步驟：1）銅/鋁樣品，可以將銅片粘貼在鋁樣品臺(tái)上，如圖6.1所示，保證SEM可以同時(shí)觀察到銅及鋁，不要看到碳膠帶，采集的譜線中可以看到主要以銅與鋁的譜線為主，有少量碳和氧沒(méi)關(guān)系。一般鋁樣品臺(tái)所占的面積比很小，如下圖所示。放大倍數(shù)沒(méi)有嚴(yán)格要求，一般在50倍到500倍之間都可以。2）工作距離調(diào)節(jié)到標(biāo)準(zhǔn)位置，即平時(shí)做EDX分析時(shí)的位置。圖6.1EDX譜線調(diào)節(jié)時(shí)銅/鋁圖3）通過(guò)觀察SEM的圖象，調(diào)節(jié)銅與鋁的面積比，如圖6.2所示。放大倍數(shù)不太重要，一般300倍左右。使得EDX采集的譜線中CuK線與AlK線的高度近似等高（見(jiàn)圖中所示位置處的峰），一般面積上銅為80%～90%，如圖所示。圖6.24）點(diǎn)擊setup下的Calibratin，出現(xiàn)如圖6.3a所示窗口。圖6.3a圖6.3b5）按照?qǐng)D6.3b中紅圈全的位置輸入或者更改，回車確認(rèn)。其他不要隨便更動(dòng)。在第三幅圖中從下拉菜單中選擇100us(也可能是102.4us)，調(diào)節(jié)SEM上的束斑尺寸使得EDX的DT%在正常范圍即20～40%，點(diǎn)擊Start后系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)校正，等待至自動(dòng)提示校正完成。點(diǎn)擊OK后從下拉菜單中選50us(也可能是51.2us),重新調(diào)節(jié)SEM上的束斑尺寸使得EDX的DT%在正常范圍即20～40%，點(diǎn)擊Start后系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)校正，等待至自動(dòng)提示校正完成。重復(fù)完成25.6us的情況即可，其他的時(shí)間常數(shù)可以不校正，因?yàn)槠綍r(shí)基本上不使用。完成后，點(diǎn)擊第四幅圖中的按鈕回到平時(shí)操作界面即可。此時(shí)系統(tǒng)已經(jīng)將本次的校正參數(shù)自動(dòng)保存并更新。7注意事項(xiàng)電鏡和能譜儀在使用的過(guò)程中需要注意和遵守操作規(guī)則，不然會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的損害。7.1高速飛行的顆粒做能譜檢測(cè)時(shí)可能產(chǎn)生高速飛行的顆粒，這些顆?？赡軙?huì)對(duì)能譜測(cè)試儀產(chǎn)生傷害。某些顆粒可能在射線束的作用下脫離樣品表面，如果其表面積累有電荷，則可能飛向接有地線的探測(cè)器，造成針孔微漏。針孔微漏的癥狀：1）液氮消耗稍快，穩(wěn)定稍慢；2）樣品室抽真空速度可能變慢；3）分辨率可能下降，或發(fā)生較頻繁的峰位漂移；不太固定的顆粒在樣品室抽真空或放真空的過(guò)程中，在氣流的帶動(dòng)下脫離樣品做不規(guī)則的飛行，可能擊中探測(cè)器窗口。所以，操作時(shí)應(yīng)注意：1）將顆粒樣品粘貼到樣品臺(tái)上后，再用洗耳球或壓縮空氣去掉可能會(huì)脫落的顆粒！2）將樣品臺(tái)放到最低的Z軸位置再開(kāi)始抽真空或放真空!3）也可在抽真空或放真空時(shí)將探測(cè)器退出一定距離！7.2物理碰撞對(duì)能譜探頭產(chǎn)生物理碰撞會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果，產(chǎn)生物理碰撞的原因有三。其一，錯(cuò)誤或不慎操作具有Z軸馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的樣品臺(tái)，我們電鏡的樣品臺(tái)就具有Z軸馬達(dá)。例如，未正確設(shè)定樣品高度值等導(dǎo)致樣品臺(tái)與探測(cè)器相。其二，形狀極不規(guī)則或者尺寸過(guò)大的樣品在移動(dòng)中與探測(cè)器擦碰，或者進(jìn)行樣品臺(tái)大角度傾斜。我們的樣品臺(tái)傾斜角度范圍與WD值有關(guān)，對(duì)樣品也有一定要求。其三，放真空時(shí)未自動(dòng)結(jié)束而強(qiáng)力開(kāi)啟樣品室。直接碰撞