二次电子与背散射电子特性与应用

【摘要】当一束高能的入射电子轰击样品表面时，被激发的区域将产生俄歇电子、二次电子、背散射电子、X射线等各种信息。扫描电子显微镜通过对二次电子、背散射电子的采集，可得到样品表面组织结构和形貌信息。在观察样品表面组织结构和形貌时，根据二次电子与背散射电子各自的特性及测试目的来选择合适的模式进行拍照。

【关键词】扫描电子显微镜，二次电子（SE），背散射电子(BSE)

引言

由于扫描电子显微的以下特性：（1）能够直接观察大尺寸试样的原始表面；（2）放大倍数大且连续可调；（3）图像景深大，立体感强；其在观察试样表面组织结构和形貌的应用上越来越多，如在断口分析，镀层尺寸测量，金属间化合物观察与测量等方面的应用。扫描电子显微镜一般都会标配二次电子及背散射电子探头，而在观察试样表面组织结构和形貌时使用这两种模式中哪一种则需根据测试目的来选择。

二次电子（SE）

二次电子是在入射电子的作用下被轰击出来并离开样品表面的自由电子，通常以SE表示。

二次电子特性：

（1）能量小于50eV；样品倾角越大，二次电子产额越大。对于从样品表面出射的各个方向的二次电子几乎都能被吸引采集，可得到无明显阴影的图像；另外，随着样品倾角的增大，二次电子产额也随之增高，因此二次电子特别适合观察凹凸不平的样品表面。

（2）二次电子一般都是在样品表层5~10nm深度范围内发射出来,适用于观察样品表面的微观结构；

（3）二次电子产额对原子序数不敏感。由于二次电子的产额与原子序数之间没有明显的依赖关系，所以其不适用观察成分像。

背散射电子（BSE）

背散射电子是被固体样品中的原子反射回来的入射电子，通常以BSE表示。

背散射电子特性：

（1）原子序数越大，背散射电子产额越大。背散射电子的成像衬度主要与试样所含原子的原子序数有关，与试样表面形貌也有一定的关系，因此既可观察形貌像，也可以观察成分像。

（2）背散射电子来自样品表层几百纳米的深度范围，由于入射电子束进入试样较深，入射电子束已经被散射开，其电子束的束斑直径比二次电子的束斑直径要打，背散射电子的成像分辨率较低，一般在50~200nm，在观察试样表层微观结构时一般不适合使用背散射模式。

粉末样品表面形貌（SE模式）
断口表面形貌（SE模式）
金属间化合物观察（BSE模式）
钨铜合金（BSE模式）

对于粉末、断口分析试样等表面起伏较大的样品，使用SE模式可以排出清楚的图片，而对于观察样品不同成分成像则用BSE模式更为合适。

总结

综上所述，通过二次电子及背散射电子二者特性的比较，我们在使用扫描电子显微镜对样品进行观察时，可以根据测试目的选择适合的模式。比如在进行粉末样品表面形貌、断口分析等测试时，由于该类型试样表面起伏较大，此时使用二次电子模式可以得到很好的拍摄效果。而在进行异物分析，截面尺寸测量等测试时，通过使用背散射电子模式拍摄，可以观察到明显颜色对比，清楚的观察到不同成分像。

参考文献

张大同.《扫描电镜与能谱仪分析技术》

JY/T 010-1996 分析型扫描电子显微镜方法通则

吴立新，陈方玉.现代扫描电镜的发展及其在材料科学中的应用

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