信号发生器是产生所需参数的电测试信号的仪器。信号发生器可用来产生不同波形、不同频率的信号，常用作信号源。信号发生器如图4-1-40所示。3）信号发生器的测频电路的调节。测量时，信号发生器信号输出通过电缆接到电子电路输入端，电子电路输出端连接示波器输入端。用信号发生器测量电子电路的通道故障 信号发生器可以用来查找通道故障，在此用作标准信号源。......
2023-06-22
电子束与固体样品相互作用信号的产生
【摘要】：图3-1电子束与固体样品相互作用时产生的各种信号及其深度、广度一束细聚焦的高能电子束轰击样品表面时，入射电子与样品中的原子核和核外电子将产生弹性或非弹性散射碰撞，并激发出反映样品形貌、结构和组成的各种物理信号，包括二次电子、背散射电子、阴极发光、特征X射线、俄歇电子、吸收电子、透射电子等。入射电子束与样品的相互作用区成滴状，如图3-1所示。
扫描电镜和透射电镜等仪器的工作都依赖于电子束，因此在介绍电子显微镜的工作原理之前，有必要了解一下电子束与固体样品的相互作用。
图3-1 电子束与固体样品相互作用时产生的各种信号及其深度、广度
一束细聚焦的高能电子束轰击样品表面时，入射电子与样品中的原子核和核外电子将产生弹性或非弹性散射碰撞，并激发出反映样品形貌、结构和组成的各种物理信号，包括二次电子、背散射电子、阴极发光、特征X射线、俄歇电子、吸收电子、透射电子等。其中与扫描电镜主要相关的电子信号是二次电子、背散射电子和特征X射线，而与透射电镜相关的是透射电子和特征X射线。
入射电子束与样品的相互作用区成滴状，如图3-1所示。可以产生信号的区域称为有效作用区，有效作用区的最深处为电子有效作用深度。从图3-1中可以看到，随着信号的有效作用深度增加，作用区的范围增大，信号产生的空间范围也增大，这对于信号的空间分辨率是不利的。
1.二次电子
入射电子与原子的核外电子发生碰撞，并使核外电子脱离原子核而形成的游离电子称为二次电子，它是一种真空中的自由电子。入射电子在样品内产生二次电子是一个级联过程，也就是说入射电子产生的二次电子可有足够的能量继续产生二次电子，如此继续下去，直到最后二次电子的能量很低，不足以维持此过程为止。一个能量为20 ke V的入射电子，在硅中可以产生约3 000个二次电子。但并不是所有的二次电子都能够溢出样品表面形成信号，由于二次电子的能量较低（一般低于50 e V），在逸出过程中极易被样品吸收，只有样品近表层（10 nm厚）产生的二次电子才能逸出表面被检测到，因此二次电子一般是从样品表层5～10 nm深度范围内激发出来的，它对样品表面状态十分敏感，能非常有效地显示样品表面的微观形貌。此外，由于二次电子来自样品近表层，入射电子还没有被多次散射，因此产生二次电子的面积与入射电子的照射面积基本相同，所以二次电子的空间分辨率比较高，是SEM的主要成像手段。但二次电子的产额和原子序数之间没有明显的依赖关系，因此不能用它来进行成分分析。
2.背散射电子
背散射电子是入射电子轰击样品表面被样品中的原子核散射后向反方向运行并逸出样品表面的一部分入射电子，其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。弹性背散射电子是指被样品中原子核反弹回来的，散射角大于90°的那些入射电子，其能量基本没有损失。非弹性背散射电子是入射电子和样品核外电子碰撞后产生的非弹性散射，不仅方向改变，能量也有不同程度的损失，如果电子经多次散射后仍能反弹出样品表面，就形成非弹性背散射电子。背散射电子的能量一般高于50 eV，它是从表层50～200 nm深度范围内激发出来的。由于入射电子进入样品较深，入射电子束已被散射开，因此背散射电子束斑直径比二次电子的束斑直径要大（见图3-1），所以背散射电子成像分辨率要比二次电子低。但是，背散射电子的能量较高，主要是能量等于或接近于入射电子能量犈0的电子，其产额随原子序数的增大而增加，背散射电子的衬度与成分密切相关。因此，背散射电子不仅能用于形貌分析，还可显示原子序数衬度，得出一些元素的定性分布情况，因此也是SEM的一种重要成像方式。
3.透射电子
当样品厚度小于入射电子的穿透深度时，入射电子将穿透样品，从另一个表面射出，这部分电子称为透射电子，是透射电子显微镜的成像信号。如果样品比较薄（10～20 nm），透射电子主要为弹性散射电子，成像比较清晰，电子衍射斑点也比较明锐；如果样品较厚，则透射电子中的非弹性散射电子增多，能量低于入射电子能量，而且是个变量。经磁透镜成像后，由于色差，会影响成像的清晰度。
4.特征X射线
特征X射线的产生可用如图3-2所示原子的波尔模型来简单描述。原子有多层轨道（如K、L、M、N层），当样品原子的内层电子被入射电子束激发或电离时，原子就会处于能量较高的激发状态，此时外层电子向内层跃迁以填补内层电子的空缺，多余的能量会以X射线的形式释放出来。由于每种原子的壳层间的能量是固定的，所以这种X射线具有特定的能量，称为特征X射线。特征X射线的命名是根据图3-2中核外电子跃迁前后能级的不同来确定的，如由L层电子填补K层空位时所产生的特征X射线称为Kα线；由M层电子填补K层空位所产生的特征X射线称为Kβ线；由M层电子填补L层空位时所产生的特征X射线称为Lα线，依次类推。根据特征X射线的波长及强度可以进行样品中元素的定性和定量分析，也可用特征X射线成X射线像。能谱仪（EDS）和波谱仪就是利用X射线来进行成分分析的仪器。
图3-2 原子的玻尔模型
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