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            關于掃描電鏡的46個常見問題二

               25. 色散像差(Chromatic aberration):因通過透鏡電子束能量差異,使得電子束聚焦后并不在同一點上。

              26. 電子束和樣品作用體積(interaction volume),作用體積約有數個微米(μm)深,其深度大過寬度而形狀類似梨子。此形狀乃源于彈性和非彈性碰撞的結果。低原子量的材料,非彈性碰撞較可能,電子較易穿進材料內部,較少向邊側碰撞,而形成梨子的頸部,當穿透的電子喪失能量變成較低能量時,彈性碰撞較可能,結果電子行進方向偏向側邊而形成較大的梨形區域。

              27. 在固定電子能量時,作用體積和原子序成反比,乃因彈性碰撞之截面積和原子序成正比,以致電子較易偏離原來途徑而不能深入樣品。

              28. 電子束能量越大,彈性碰撞截面積越小,電子行走路徑傾向直線而可深入樣品,作用體積變大。

              29. 電子束和樣品的作用有兩類,一為彈性碰撞,幾乎沒有損失能量,另一為非彈性碰撞,入射電子束會將部份能量傳給樣品,而產生二次電子、背向散射電子、俄歇電子、X光、長波電磁放射、電子-空位對等。這些信號可供SEM運用者有二次電子、背向散射電子、X光、陰極發光、吸收電子及電子束引起電流(EBIC) 等。

              30. 二次電子(Secondary Electrons):電子束和樣品作用,可將傳導能帶(conduction band)的電子擊出,此即為二次電子,其能量約 < 50eV。由于是低能量電子,所以只有在距離樣品表面約50~500Å深度范圍內所產生之二次電子,才有機會逃離樣品表面而被偵測到。由于二次電子產生的數量,會受到樣品表面起伏狀況影響,所以二次電子影像可以觀察出樣品表面之形貌特征。

              31. 背向散射電子(Backscattered Electrons):入射電子與樣品子發生彈性碰撞,而逃離樣品表面的高能量電子,其動能等于或略小于入射電子的能量。背向散射電子產生的數量,會因樣品元素種類不同而有差異,樣品中平均原子序越高的區域,釋放出來的背向散射電子越多,背向散射電子影像也就越亮,因此背向散射電子影像有時又稱為原子序對比影像。由于背向散射電子產生于距樣品表面約5000Å的深度范圍內,由于入射電子進入樣品內部較深,電子束已被散射開來,因此背向散射電子影像分辨率不及二次電子影像。

              32. X光:入射電子和樣品進行非彈性碰撞可產生連續X光和特征X光,前者系入射電子減速所放出的連續光譜,形成背景決定*少分析之量,后者系特定能階間之能量差,可藉以分析成分元素。

              33. 電子束引致電流(Electron-beam induced Current , EBIC):當一個p-n接面(Junction)經電子束照射后,會產生過多的電子-空位對,這些載子擴散時被p-n接面的電場收集,外加線路時即會產生電流。

              34. 陰極發光(Cathodoluminescence):當電子束產生之電子-空位對再結合時,會放出各種波長電磁波,此為陰極發光(CL),不同材料發出不同顏色之光。

              35. 樣品電流(Specimen Current):電子束射到樣品上時,一部份產生二次電子及背向散射電子,另一部份則留在樣品里,當樣品接地時即產生樣品電流。

              36. 電子偵測器有兩種,一種是閃爍計數器偵測器(Scintillator),常用于偵測能量較低的二次電子,另一種是固態偵測器(solid state detector),則用于偵測能量較高的反射電子。

              37. 影響電子顯微鏡影像品質的因素:

              A. 電子槍的種類:使用場發射、LaB6或鎢絲的電子槍。B. 電磁透鏡的完美度。C. 電磁透鏡的型式: In-lens ,semi in-lens, off-lensD. 樣品室的潔凈度: 避免粉塵、水氣、油氣等污染。E. 操作條件: 加速電壓、工作電流、儀器調整、樣品處理、真空度。F. 環境因素: 振動、磁場、噪音、接地。

              38. 如何做好SEM的影像,一般由樣品的種類和所要的結果來決定觀察條件,調整適當的加速電壓、工作距離 (WD)、適當的樣品傾斜,選擇適當的偵測器、調整合適的電子束電流。

              39. 一般來說,加速電壓提高,電子束波長越短,理論上,只考慮電子束直徑的大小,加速電壓愈大,可得到愈小的聚焦電子束,因而提高分辨率,然而提高加速電壓卻有一些不可忽視的缺點:

              A. 無法看到樣品表面的微細結構。B. 會出現不尋常的邊緣效應。C. 電荷累積的可能性增高。D. 樣品損傷的可能性增高。因此適當的加速電壓調整,才可獲得*清晰的影像。

              40. 適當的工作距離的選擇,可以得到*好的影像。較短的工作距離,電子訊號接收較佳,可以得到較高的分辨率,但是景深縮短。較長的工作距離,分辨率較差,但是影像景深較長,表面起伏較大的樣品可得到較均勻清晰的影像。

              41. SEM掃描電鏡樣品若為金屬或導電性良好,則表面不需任何處理,可直接觀察。若為非導體,則需鍍上一層金屬膜或碳膜協助樣品導電,膜層應均勻無明顯特征,以避免干擾樣品表面。金屬膜較碳膜容易鍍,適用于SEM影像觀察,通常為Au或Au-Pd合金或Pt。而碳膜較適于X光微區分析,主要是因為碳的原子序低,可以減少X光吸收。

              42. SEM樣品制備一般原則為:

              A. 顯露出所欲分析的位置。

              B. 表面導電性良好,需能排除電荷。C. 不得有松動的粉末或碎屑(以避免抽真空時粉末飛揚污染鏡柱體)。D. 需耐熱,不得有熔融蒸發的現象。E. 不能含液狀或膠狀物質,以免揮發。F. 非導體表面需鍍金(影像觀察)或鍍碳(成份分析)。

              43. 鍍導電膜的選擇,在放大倍率低于1000倍時,可以鍍一層較厚的Au,以提高導電度。放大倍率低于10000倍時,可以鍍一層Au來增加導電度。放大倍率低于100000倍時,可以鍍一層Pt或Au-Pd合金,在超過100000時,以鍍一層超薄的Pt或Cr膜較佳。

              44. 電子束與樣品作用,當內層電子被擊出后,外層電子掉入原子內層電子軌道而放出X光,不同原子序,不同能階電子所產生的X光各不相同,稱為特征X光,分析特征X光,可分析樣品元素成份。

              45. 分析特征X光的方式,可分析特征X光的能量分布,稱為EDS,或分析特征X光的波長,稱為WDS。X光能譜的分辨率,在EDS中約有100~200eV的分辨率,在WDS中則有5~10eV的分辨率。由于EDS的分辨率較WDS差,因此在能譜的解析上,較易產生重迭的情形。

              46. 由于電子束與樣品作用的作用體積(interaction volume)的關系,特征X光的產生和作用體積的大小有關,因此在平面的樣品中,EDS或WDS的空間分辨率,受限于作用體積的大小。

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