电子显微分析资料讲解课件

电子显微分析电子显微分析P2本章的主要内容本章的主要内容电子光学基础电子光学基础1电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用2透射电子显微分析透射电子显微分析3扫描电子显微分析扫描电子显微分析4电子探针电子探针X X射线显微分析射线显微分析5电子显微分析的应用电子显微分析的应用7 分析电子显微镜分析电子显微镜6P2本章的主要内容电子光学基础1电子与固体物质的相互作用2透P3引言引言v一、电子显微分析的基本概念一、电子显微分析的基本概念v电子显微分析是电子显微分析是利用聚焦电子束与试样相互作用所产利用聚焦电子束与试样相互作用所产生的各种物理信号，分析试样物质的微区形貌、晶体生的各种物理信号，分析试样物质的微区形貌、晶体结构和化学组成结构和化学组成的分析方法，包括透射电子显微分析、的分析方法，包括透射电子显微分析、扫描电子显微分析和电子探针扫描电子显微分析和电子探针X射线显微分析等。射线显微分析等。P3引言一、电子显微分析的基本概念P4引言引言v二、电子显微分析的特点二、电子显微分析的特点1、可以在可以在极高的放大倍率极高的放大倍率(最高可达最高可达107倍倍)下直接下直接观察试样的形貌、结构，选择分析区域；观察试样的形貌、结构，选择分析区域；2、具有具有很高的分辨率很高的分辨率(透射电子显微镜的分辨率透射电子显微镜的分辨率已达已达0.20.1nm)，可直接观察原子的排列与分布，可直接观察原子的排列与分布，进行纳米尺度的结构分析和化学成分分析；进行纳米尺度的结构分析和化学成分分析；3、各种电子显微分析仪器日益向各种电子显微分析仪器日益向多功能、综合化多功能、综合化方向发展，可以同时进行形貌、物相、晶体结构方向发展，可以同时进行形貌、物相、晶体结构和化学成分的综合分析。和化学成分的综合分析。P4引言二、电子显微分析的特点P5引言引言v三、电子显微镜的分类三、电子显微镜的分类v电子显微镜大体可划分为：电子显微镜大体可划分为：1、透射电镜、透射电镜(TEM)2、扫描电镜、扫描电镜(SEM)3、扫描透射电镜、扫描透射电镜(STEM)4、扫描探针显微镜、扫描探针显微镜(SPM)等等等等P5引言三、电子显微镜的分类P6引言引言v四、电子显微镜发展史四、电子显微镜发展史v1924年德布罗意年德布罗意DeBroglie计算出电子波的波长。计算出电子波的波长。v1926年德国科学家布什年德国科学家布什Busch发现轴对称非均匀磁场发现轴对称非均匀磁场能使电子波聚焦。能使电子波聚焦。v二者结合导致研制电子显微镜的伟大设想。二者结合导致研制电子显微镜的伟大设想。v1932-1933年间，第一台电镜在德国柏林诞生年间，第一台电镜在德国柏林诞生(德国的德国的劳尔和鲁斯卡劳尔和鲁斯卡)。至。至1934年电镜的分辨率可达年电镜的分辨率可达50nm，1939年德国西门子公司生产出分辨本领优于年德国西门子公司生产出分辨本领优于10nm的商的商品电子显微镜。品电子显微镜。P6引言四、电子显微镜发展史P7引言引言v1935年德国诺尔年德国诺尔(Knoll)提出扫描电镜的工作原理，提出扫描电镜的工作原理，1938年阿登纳年阿登纳(Ardenne)制造了第一台扫描电镜制造了第一台扫描电镜v60年代后，电镜开始向高电压、高分辨率发展，年代后，电镜开始向高电压、高分辨率发展，100-200kV的电镜逐渐普及。的电镜逐渐普及。v1960年，法国研制了第一台年，法国研制了第一台1MV的电镜，的电镜，1970年又研年又研制出制出3MV的电镜。的电镜。v70年代后，电镜的点分辨率达年代后，电镜的点分辨率达0.23nm，晶格，晶格(线线)分辨分辨率达率达0.1nm。同时扫描电镜有了较大的发展，普及程。同时扫描电镜有了较大的发展，普及程度逐渐超过了透射电镜。度逐渐超过了透射电镜。P7引言1935年德国诺尔(Knoll)提出扫描电镜的工作原P8引言引言v近一、二十年，出现了联合透射、扫描，并带有分析近一、二十年，出现了联合透射、扫描，并带有分析附件的分析电镜。电镜控制的计算机化和制样设备的附件的分析电镜。电镜控制的计算机化和制样设备的日趋完善，使电镜成为一种既观察图象又测结构，既日趋完善，使电镜成为一种既观察图象又测结构，既有显微图象又有各种谱线分析的多功能综合性分析仪有显微图象又有各种谱线分析的多功能综合性分析仪器。器。v80年代后，又研制出了扫描隧道电镜和原子力显微镜年代后，又研制出了扫描隧道电镜和原子力显微镜等新型的显微镜。等新型的显微镜。v我国自我国自1958年试制成功第一台电镜以来，电镜的设计、年试制成功第一台电镜以来，电镜的设计、制造和应用曾有相当规模的发展。主要产地有北京和制造和应用曾有相当规模的发展。主要产地有北京和上海。但因某些方面的原因，国产电镜逐渐被进口电上海。但因某些方面的原因，国产电镜逐渐被进口电镜取代。镜取代。P8引言近一、二十年，出现了联合透射、扫描，并带有分析附件的P92.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v第一节第一节 电子光学基础电子光学基础v本节主要内容本节主要内容一、光学显微镜的局限性一、光学显微镜的局限性二、提高显微镜分辨率的有效途径二、提高显微镜分辨率的有效途径三、影响电子波长的主要因素三、影响电子波长的主要因素四、电磁透镜四、电磁透镜五、电磁透镜的像差和理论分辨本领五、电磁透镜的像差和理论分辨本领P92.1 电子光学基础第一节 电子光学基础P102.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v一、光学显微镜的局限性一、光学显微镜的局限性v一个世纪以来，人们一直用光学显微镜来揭示金属材一个世纪以来，人们一直用光学显微镜来揭示金属材料的显微组织，借以弄清楚组织、成分、性能的内在料的显微组织，借以弄清楚组织、成分、性能的内在联系。但光学显微镜的分辨本领有限，如对合金中的联系。但光学显微镜的分辨本领有限，如对合金中的G.P区区(几十埃几十埃)无能为力。无能为力。P102.1 电子光学基础一、光学显微镜的局限性P112.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v1 1、显微镜的分辨率及其影响因素、显微镜的分辨率及其影响因素v显微镜的显微镜的分辨率分辨率是指显微镜是指显微镜分辨相邻两个物点的能力分辨相邻两个物点的能力，通常是用显微镜通常是用显微镜能分辨的两个物点的最小距离能分辨的两个物点的最小距离来表示。来表示。显微镜能分辨的两个物点的距离越小，说明显微镜的显微镜能分辨的两个物点的距离越小，说明显微镜的分辨率越高。分辨率越高。v显微镜的分辨率主要显微镜的分辨率主要取决于物镜的分辨率取决于物镜的分辨率。因为如果。因为如果在物镜形成的像中两个物点未被分开，则无论用多大在物镜形成的像中两个物点未被分开，则无论用多大倍数的目镜或投影，也不可能把这两个物点分开。倍数的目镜或投影，也不可能把这两个物点分开。P112.1 电子光学基础1、显微镜的分辨率及其影响因素P122.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v阿贝阿贝(Abbe)公式公式光学透镜分辨率的计算公式光学透镜分辨率的计算公式v r能够分辨的两个物点的最小距离；能够分辨的两个物点的最小距离；v照明光源的波长照明光源的波长(nm)；vn物镜与试样之间的介质的折射率；物镜与试样之间的介质的折射率；v为孔径半角为孔径半角(o)。习惯上将。习惯上将nsin称为称为数值孔径数值孔径，并，并用用N.A表示。表示。v孔径角孔径角透镜的直径对透镜主轴与物平面交点所张的透镜的直径对透镜主轴与物平面交点所张的角角物镜物镜试样试样P122.1 电子光学基础阿贝(Abbe)公式光学透镜分P132.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v由上式可知，显微镜的分辨率主要取决于由上式可知，显微镜的分辨率主要取决于三个因素三个因素：(1)照明光源的波长；照明光源的波长；(2)物镜与试样之间的介质的折射率；物镜与试样之间的介质的折射率；(3)物镜的孔径半角。物镜的孔径半角。v照明光源的波长越短，介质折射率越大，物镜的孔径照明光源的波长越短，介质折射率越大，物镜的孔径半角越大，则显微镜的分辨率越高。半角越大，则显微镜的分辨率越高。物镜物镜试样试样P132.1 电子光学基础由上式可知，显微镜的分辨率主要取决P142.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v 2 2、光学显微镜的极限分辨率、光学显微镜的极限分辨率v光学显微镜采用可见光光学显微镜采用可见光(一般是白光一般是白光)作为光源，其波作为光源，其波长在长在390nm-770nm之间，平均波长为之间，平均波长为580nm。v目前可能得到的折射率最大的介质是溴萘，其折射为目前可能得到的折射率最大的介质是溴萘，其折射为1.66。光学透镜的最大孔径半角为。光学透镜的最大孔径半角为72。v如果按可见光的平均波长计算，光学显微镜的分辨率如果按可见光的平均波长计算，光学显微镜的分辨率为：为：空气中空气中(n=1)，则，则r=372nmP142.1 电子光学基础 2、光学显微镜的极限分辨率空气中P152.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v如按可见光的最短波长如按可见光的最短波长390nm计算，光学显微镜的极计算，光学显微镜的极限分辨率为：限分辨率为：空气中空气中(n=1)，则，则rmin=250.1nmv以上计算结果表明，以上计算结果表明，光学显微镜在最佳条件下也只能光学显微镜在最佳条件下也只能分辨距离大于分辨距离大于0.15m的物点。的物点。P152.1 电子光学基础如按可见光的最短波长390nm计算P162.1 2.1 电子光学基础电子光学基础显微结构显微结构超显微结构超显微结构或亚显微结构或亚显微结构微观结构微观结构100-0.2m0.1mm-200nm0.2-0.01m200-10nm0.01m10nmv如果两个物点的距离小于如果两个物点的距离小于0.15m，光学显微镜则无法，光学显微镜则无法分辨。因此，用光学显微镜无法进行超显微结构和微分辨。因此，用光学显微镜无法进行超显微结构和微观结构研究。观结构研究。P162.1 电子光学基础显微结构超显微结构微观结构100-P172.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v二提高显微镜分辨率的途径二提高显微镜分辨率的途径v根据阿贝公式，提高显微镜的分辨率的可能途径有：根据阿贝公式，提高显微镜的分辨率的可能途径有：1、提高介质折射率提高介质折射率n；2、增大透镜的孔径半角增大透镜的孔径半角;3、采用波长较短的射线作光源。采用波长较短的射线作光源。v但是，介质折射率和透镜孔径半角都不可能有大的提但是，介质折射率和透镜孔径半角都不可能有大的提高。因此要提高显微镜的分辨率高。因此要提高显微镜的分辨率唯一唯一有效的途径是有效的途径是采采用波长比可见光更短的射线作光源用波长比可见光更短的射线作光源。P172.1 电子光学基础二提高显微镜分辨率的途径但是，介P182.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v例如，采用波长为例如，采用波长为200nm的紫外线作光源，分辨率可的紫外线作光源，分辨率可提高一倍左右，但还是不够。提高一倍左右，但还是不够。v如果用如果用X射线作光源，由于射线作光源，由于X射线的波长极短射线的波长极短(10-3-100nm)，按阿贝公式计算，分辨率可以达到，按阿贝公式计算，分辨率可以达到10-3nm。v遗憾的是，用遗憾的是，用X射线作显微镜的光源，还有许多技术射线作显微镜的光源，还有许多技术问题没能解决，至今还不知道有什么物质能使之有效问题没能解决，至今还不知道有什么物质能使之有效地改变方向、折射和聚焦成像。地改变方向、折射和聚焦成像。v电子束流也具有波动性，电子波的波长要比可见光的电子束流也具有波动性，电子波的波长要比可见光的波长短得多。显然，如果用电子束作为照明源制成电波长短得多。显然，如果用电子束作为照明源制成电子显微镜将具有更高的分辨本领。子显微镜将具有更高的分辨本领。P182.1 电子光学基础例如，采用波长为200nm的紫外线P192.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v德布罗意德布罗意(DeBroglie)的波粒二象性的假说的波粒二象性的假说v1924年，德布罗意在光有波粒二象性的启发下，提出年，德布罗意在光有波粒二象性的启发下，提出了运动着的微观粒子了运动着的微观粒子(如电子、中子、离子等如电子、中子、离子等)都具有都具有波粒二象性的假说：任何运动着的微观粒子都伴随有波粒二象性的假说：任何运动着的微观粒子都伴随有一个波，这个波称为一个波，这个波称为物质波或德布罗意波。物质波或德布罗意波。v这个波的波长这个波的波长和粒子的质量和粒子的质量m，运动速度，运动速度v之间有一之间有一简单的关系：简单的关系：v这个公式就是德布罗意公式，式中的这个公式就是德布罗意公式，式中的h为普朗克常数。为普朗克常数。德布罗意还通过计算求出了高速运动的电子的波长约德布罗意还通过计算求出了高速运动的电子的波长约为为0.005nm。大约是绿光波长的。大约是绿光波长的十十万分之一。万分之一。P192.1 电子光学基础德布罗意(De Broglie)的P202.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v德布罗意假说的证实德布罗意假说的证实v后来，后来，汤姆逊汤姆逊和和塔尔科夫斯基塔尔科夫斯基分别用快速电子和较慢分别用快速电子和较慢的电子照射金属薄膜片，得到了电子衍射图像，从而的电子照射金属薄膜片，得到了电子衍射图像，从而证实了电子波的存在证实了电子波的存在和德布罗意假说的正确性。和德布罗意假说的正确性。v德布罗意的假说和汤姆逊、塔尔科夫斯基等人的研究德布罗意的假说和汤姆逊、塔尔科夫斯基等人的研究工作给人们开发利用电子光源提供了工作给人们开发利用电子光源提供了重要依据重要依据。不过，。不过，要把电子束用作显微镜的光源还需要解决电子束的要把电子束用作显微镜的光源还需要解决电子束的聚聚焦、放大、成像焦、放大、成像等问题。等问题。P202.1 电子光学基础德布罗意假说的证实P212.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v电子束的聚焦、放大、成像等问题的解决电子束的聚焦、放大、成像等问题的解决v1926，德国科学家，德国科学家布什布什(Busch)发现：具有轴对称性的发现：具有轴对称性的磁场，对电子束来说具有类似光学透镜的作用磁场，对电子束来说具有类似光学透镜的作用。这就。这就解决了解决了电子束的聚焦、放大、成像等问题。电子束的聚焦、放大、成像等问题。v电子束很快就被用作提高显微镜分辨力的光源。电子束很快就被用作提高显微镜分辨力的光源。v第一台透射电子显微镜的制成第一台透射电子显微镜的制成v1933年，德国年，德国29岁的科学家岁的科学家卢斯卡卢斯卡(Ruska)制成了制成了第一第一台透射电子显微镜台透射电子显微镜，放大倍数约为，放大倍数约为12000倍，分辨率倍，分辨率与最好的光学显微镜差不多与最好的光学显微镜差不多(200nm)。经过几十年的。经过几十年的改进和发展，现在的透射电镜分辨已达改进和发展，现在的透射电镜分辨已达0.2-0.1nm。P212.1 电子光学基础电子束的聚焦、放大、成像等问题的解P222.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v三、影响电子波长的主要因素三、影响电子波长的主要因素v根据德布罗意公式，电子的波长根据德布罗意公式，电子的波长与电子的质量与电子的质量m和运和运动速度动速度v有如下关系：有如下关系：v一个电子在电位差为一个电子在电位差为V的真空中加速所获得的能量为的真空中加速所获得的能量为eV，这个能量是全部转化为动能的。根据能量守恒定，这个能量是全部转化为动能的。根据能量守恒定律，有律，有v式中，式中，e为电子电荷的绝对值，为电子电荷的绝对值，是加速电压。是加速电压。P222.1 电子光学基础三、影响电子波长的主要因素 一个电P232.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v当加速电压较低时，电子的运动速度较小，其质量与当加速电压较低时，电子的运动速度较小，其质量与静止质量静止质量m0近乎相等，近乎相等，mm0，将，将h=6.62610-34JS，e=1.60210-19C，m0=9.10910-31kg代入代入(4)式，可求得式，可求得v可见，可见，影响电子波长的主要因素是加速电压，加速电影响电子波长的主要因素是加速电压，加速电压越高，波长越短压越高，波长越短。因此，可以通过改变加速电压的。因此，可以通过改变加速电压的方式来改变电子的波长，调节电子显微镜的分辨率。方式来改变电子的波长，调节电子显微镜的分辨率。P232.1 电子光学基础当加速电压较低时，电子的运动速度较P242.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v在电子显微镜中，加速电压一般均较高在电子显微镜中，加速电压一般均较高(在几十千伏以在几十千伏以上上)，电子运动的速度较大，电子的质量也随之增大，电子运动的速度较大，电子的质量也随之增大，因此需要根据相对论进行校正。校正后的电子波长为：因此需要根据相对论进行校正。校正后的电子波长为：v式中的式中的C为光速，为光速，C=3.00108ms-1。将。将h、e、m0、C代入代入(6)式，可求得：式，可求得：P242.1 电子光学基础 在电子显微镜中，加速电压P252.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v四、电子透镜四、电子透镜v大家知道，光学显微镜是利用玻璃透镜使可见光聚焦、大家知道，光学显微镜是利用玻璃透镜使可见光聚焦、成像的，那么，电子显微镜是如何使电子聚焦、成像成像的，那么，电子显微镜是如何使电子聚焦、成像的呢？的呢？v在电子显微镜中，使电子聚焦成像的装置称为在电子显微镜中，使电子聚焦成像的装置称为电子透电子透镜镜。v电子透镜有电子透镜有静电透镜静电透镜和和磁透镜磁透镜(或称电磁透镜或称电磁透镜)两种。两种。P252.1 电子光学基础四、电子透镜P262.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v1、静电透镜静电透镜v与一定形状的光学介质界面与一定形状的光学介质界面(如玻璃凸透镜的旋转对称如玻璃凸透镜的旋转对称弯曲折射界面弯曲折射界面)可以使光线聚焦成像相似，一定形状的可以使光线聚焦成像相似，一定形状的等电位曲面簇也可使电子束聚焦成像。等电位曲面簇也可使电子束聚焦成像。v产生这种旋转对称等电位曲面簇的电极装置即为产生这种旋转对称等电位曲面簇的电极装置即为静电静电透镜透镜。v静电透镜有两极式和三极式。它们分别由两个或三个静电透镜有两极式和三极式。它们分别由两个或三个具有同轴圆孔的电极具有同轴圆孔的电极(圆片或圆筒圆片或圆筒)组成，如下图所示。组成，如下图所示。P262.1 电子光学基础1、静电透镜P272.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v当我们给静电透镜的不同电极以不同的电位时，静电当我们给静电透镜的不同电极以不同的电位时，静电透镜将形成一个以透镜轴为对称轴的透镜将形成一个以透镜轴为对称轴的旋转对称电场旋转对称电场，其等电位面是一系列以透镜轴为对称轴的其等电位面是一系列以透镜轴为对称轴的旋转对称曲旋转对称曲面面。P272.1 电子光学基础当我们给静电透镜的不同电极以不同的P282.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v电子在静电透镜中的折射电子在静电透镜中的折射v电子通过静电透镜时，必然要受到电场的作用。电子通过静电透镜时，必然要受到电场的作用。等位面等位面v如图，电子的运动方向不平如图，电子的运动方向不平行等电位面的法线方向，电行等电位面的法线方向，电子的运动方向将发生变化，子的运动方向将发生变化，即发生转折，这跟光进入透即发生转折，这跟光进入透镜后出现的转折非常相似。镜后出现的转折非常相似。光从光疏介质进入光密介质光从光疏介质进入光密介质会折向界面的法线。会折向界面的法线。v与此类似，与此类似，电子从低电位区电子从低电位区进入高电位区也会折向等电进入高电位区也会折向等电位面的法线。位面的法线。P282.1 电子光学基础电子在静电透镜中的折射等位面如图，P292.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v若在静电透镜主轴若在静电透镜主轴上有一物点上有一物点a a，由，由它散射出来的电子它散射出来的电子通过静电透镜时将通过静电透镜时将受到折射，最后被受到折射，最后被聚焦在轴上一点聚焦在轴上一点a a。a a即即a a的像。的像。v这种成像原理与光这种成像原理与光学透镜的成像原理学透镜的成像原理是非常相似的。是非常相似的。P292.1 电子光学基础若在静电透镜主轴上有一物点a，由它P302.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v早期的电子显微镜曾用过静电透镜来成像，但由于静早期的电子显微镜曾用过静电透镜来成像，但由于静电透镜需要很强的电场，容易在镜筒内产生弧光放电电透镜需要很强的电场，容易在镜筒内产生弧光放电和电击穿，使得静电透镜的焦距不能做得很短，不能和电击穿，使得静电透镜的焦距不能做得很短，不能很好地矫正球差。很好地矫正球差。v因此现代的电子显微镜已不再采用静电透镜来成像，因此现代的电子显微镜已不再采用静电透镜来成像，而只用来使电子枪中发出的电子会聚成很细的电子束，而只用来使电子枪中发出的电子会聚成很细的电子束，而是使用磁透镜成像。而是使用磁透镜成像。P302.1 电子光学基础早期的电子显微镜曾用过静电透镜来成P312.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v2 2、磁透镜、磁透镜(电磁透镜电磁透镜)v磁透镜实质上就是磁透镜实质上就是能够产生旋转对称磁场的线圈能够产生旋转对称磁场的线圈，一，一般是短线圈。般是短线圈。v旋转对称的磁场对电子束有聚焦成像作用，在电子光旋转对称的磁场对电子束有聚焦成像作用，在电子光学系统中用于是电子束聚焦成像的磁场是非匀强磁场，学系统中用于是电子束聚焦成像的磁场是非匀强磁场，其等磁面形状与静电透镜的等电位面或光学玻璃透镜其等磁面形状与静电透镜的等电位面或光学玻璃透镜的界面相似，产生这种旋转对称磁场的线圈装置即为的界面相似，产生这种旋转对称磁场的线圈装置即为磁透镜磁透镜。P312.1 电子光学基础2、磁透镜(电磁透镜)P322.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v为了使线圈产生的磁场更为集中，往往还用一层软铁为了使线圈产生的磁场更为集中，往往还用一层软铁把短线圈包封起来，仅在线圈的中部留一个环状缝隙把短线圈包封起来，仅在线圈的中部留一个环状缝隙(如图如图)，线圈激磁产生的磁力线都集中在透镜中心环，线圈激磁产生的磁力线都集中在透镜中心环状间隙附近，使环状间隙处有较强的磁场。状间隙附近，使环状间隙处有较强的磁场。P322.1 电子光学基础为了使线圈产生的磁场更为集中，往往P332.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v目前电镜中使用的是目前电镜中使用的是极靴磁透镜极靴磁透镜，是在包壳磁透镜的，是在包壳磁透镜的基础上再加极靴基础上再加极靴(如图如图)，其目的都是为了使磁场更为，其目的都是为了使磁场更为集中，增强对电子的折射能力，缩短透镜焦距。集中，增强对电子的折射能力，缩短透镜焦距。P332.1 电子光学基础目前电镜中使用的是极靴磁透镜，是在P342.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v这种短线圈产生的磁场是一种非匀强磁场，其等磁位这种短线圈产生的磁场是一种非匀强磁场，其等磁位面的形状与静电透镜的等电位面以及光学玻璃透镜的面的形状与静电透镜的等电位面以及光学玻璃透镜的界面相似。界面相似。v当电子通过磁透镜时，电子会受到磁力的作用发生偏当电子通过磁透镜时，电子会受到磁力的作用发生偏转。在磁透镜轴上的某点转。在磁透镜轴上的某点a a散射出来的电子，通过磁散射出来的电子，通过磁透镜后也能会聚于轴上一点透镜后也能会聚于轴上一点a a，从而获得物点，从而获得物点a a的像的像P342.1 电子光学基础这种短线圈产生的磁场是一种非匀强磁P35v磁透镜与静电透镜的比较：磁透镜与静电透镜的比较：v磁透镜与静电透镜都可作会聚透镜，但现代所有的透磁透镜与静电透镜都可作会聚透镜，但现代所有的透射电镜除电子光源外都用磁透镜做会聚镜，因为：射电镜除电子光源外都用磁透镜做会聚镜，因为：2.1 2.1 电子光学基础电子光学基础磁透镜磁透镜静电透镜静电透镜1.改变线圈中的电流强度可很改变线圈中的电流强度可很方便的控制焦距和放大率，焦方便的控制焦距和放大率，焦距可以做得很短，获得高的放距可以做得很短，获得高的放大倍数和较小的球差；大倍数和较小的球差；2.无击穿，供给磁透镜线圈的无击穿，供给磁透镜线圈的电压为电压为60到到100伏；伏；3.象差小。象差小。1.需改变很高的加速电压才可改需改变很高的加速电压才可改变焦距和放大率；变焦距和放大率；2.静电透镜需数万伏电压，常会静电透镜需数万伏电压，常会引起击穿，使仪器的绝缘问题难引起击穿，使仪器的绝缘问题难以解决；以解决；3.象差较大。象差较大。P35磁透镜与静电透镜的比较：2.1 电子光学基础磁透镜静电P362.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v五、电磁透镜的像差和理论分辨本领五、电磁透镜的像差和理论分辨本领v旋转对称的磁场可以使电子束聚焦成像，但要得到清旋转对称的磁场可以使电子束聚焦成像，但要得到清晰而又与物体的几何形状相似的图像，必须有以下前晰而又与物体的几何形状相似的图像，必须有以下前提：提：1、磁场分布是严格轴对称的；磁场分布是严格轴对称的；2、满足旁轴条件；满足旁轴条件；3、电子波的波长电子波的波长/速度相同。速度相同。P362.1 电子光学基础五、电磁透镜的像差和理论分辨本领P372.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v实际的电磁透镜并不能完全满足上述条件，因此从物实际的电磁透镜并不能完全满足上述条件，因此从物面上一点散射出的电子束，不一定全部聚在一点，或面上一点散射出的电子束，不一定全部聚在一点，或者物面上的各点并不按比例成像于同一平面内，结果者物面上的各点并不按比例成像于同一平面内，结果图像模糊不清，或者与原物的几何形状不完全相似，图像模糊不清，或者与原物的几何形状不完全相似，这种现象称为这种现象称为像差像差。v电镜中电磁透镜的主要像差是电镜中电磁透镜的主要像差是球差、色差、轴上像散、球差、色差、轴上像散、畸变畸变等。其中等。其中球差、轴上像散和畸变球差、轴上像散和畸变是由于透镜磁场是由于透镜磁场的几何缺陷产生的，又称的几何缺陷产生的，又称几何像差几何像差。P372.1 电子光学基础实际的电磁透镜并不能完全满足上述条P382.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v1 1、球差、球差v球差是由于电磁透镜磁场的近轴区和远轴区对电子束的球差是由于电磁透镜磁场的近轴区和远轴区对电子束的会聚能会聚能力不同力不同造成的。一般远轴区对电子束的会聚能力比近轴区大，造成的。一般远轴区对电子束的会聚能力比近轴区大，此类球差叫此类球差叫正球差正球差。因此从一个物点。因此从一个物点P P散射的电子束经过具有散射的电子束经过具有球差的电磁透镜后并不会聚在一点，而分别会聚于轴向的一定球差的电磁透镜后并不会聚在一点，而分别会聚于轴向的一定距离距离P PP P上。不论像平面在什么位置，都不能得到一清晰的点上。不论像平面在什么位置，都不能得到一清晰的点像，而是一个弥散的像，而是一个弥散的圆斑圆斑。球差最小弥散圆斑半径球差最小弥散圆斑半径rSM正比于正比于透镜孔径半角透镜孔径半角的三次方，减小的三次方，减小可提高透镜的分辨率。可提高透镜的分辨率。球差是球差是电镜最主要的像差之一，往往决定了显微镜的分辨本领。电镜最主要的像差之一，往往决定了显微镜的分辨本领。P382.1 电子光学基础1、球差P392.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v2 2、色差、色差v普通光学中不同波长的光线经过透镜时，因折射率不同，将在普通光学中不同波长的光线经过透镜时，因折射率不同，将在不同点上聚焦，由此引起的像差称为不同点上聚焦，由此引起的像差称为色差色差。电子光学中的色差。电子光学中的色差是由于成像电子的是由于成像电子的波长或能量不同波长或能量不同引起的一种像差。一个物点引起的一种像差。一个物点散射的具有不同波长的电子，进入透镜磁场后将沿各自的轨迹散射的具有不同波长的电子，进入透镜磁场后将沿各自的轨迹运动，结果不能聚焦在一个像点上，而分别交在一定的轴向距运动，结果不能聚焦在一个像点上，而分别交在一定的轴向距离范围内。其效果与球差相似。离范围内。其效果与球差相似。最小色差弥散半径最小色差弥散半径rCM与成像与成像电子束的能量变化率和透镜孔径半径电子束的能量变化率和透镜孔径半径成正比成正比。P392.1 电子光学基础2、色差P402.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v引起成像电子束能量变化的引起成像电子束能量变化的原因原因主要有：电子加速电主要有：电子加速电压不稳定，引起照明电子束能量压不稳定，引起照明电子束能量/波长的波动；波长的波动；v单一能量的电子束照射试样物质时，电子与物质相互单一能量的电子束照射试样物质时，电子与物质相互作用，入射电子除受到弹性散射外，有一部分电子受作用，入射电子除受到弹性散射外，有一部分电子受到一次或多次非弹性散射，致使电子的能量受到损失。到一次或多次非弹性散射，致使电子的能量受到损失。v因此就试样来说，使用较薄的试样有利于减小色差，因此就试样来说，使用较薄的试样有利于减小色差，提高图像的清晰度。提高图像的清晰度。P402.1 电子光学基础引起成像电子束能量变化的原因主要有P412.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v3 3、轴上像散、轴上像散v轴上像散又可简称轴上像散又可简称像散像散，它是由于透镜磁场，它是由于透镜磁场不是理想不是理想的旋转对称磁场的旋转对称磁场而引起的像差。而引起的像差。v由于极靴材料不可避免的不均匀性，极靴孔等的机械由于极靴材料不可避免的不均匀性，极靴孔等的机械加工精度及装配误差，透镜污染，特别是光阑和极靴加工精度及装配误差，透镜污染，特别是光阑和极靴孔附近的污染等因素，使透镜磁场不完全旋转对称，孔附近的污染等因素，使透镜磁场不完全旋转对称，而只是近似的而只是近似的双对称场双对称场。P412.1 电子光学基础3、轴上像散P422.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v若双对称场的对称轴为若双对称场的对称轴为Z轴，场分布有两个互相垂直的对称面轴，场分布有两个互相垂直的对称面(设为设为XZ、YZ平面平面)，透镜在，透镜在XZ、YZ两个对称面方向的焦距不两个对称面方向的焦距不同，由物点同，由物点P散射的电子束在散射的电子束在XZ方向聚焦于方向聚焦于P点，而点，而YZ方向方向聚焦于聚焦于P点。点。这样圆形物点形物点P在在PP之间成像为弥散的椭圆斑，之间成像为弥散的椭圆斑，而只在而只在PP的中点处的像平面上形成最小的弥散圆斑，半径为的中点处的像平面上形成最小的弥散圆斑，半径为rAM。由于这种像散发生在轴上，因此称为轴上像散。轴上像。由于这种像散发生在轴上，因此称为轴上像散。轴上像散将影响电镜的分辨本领，一般电镜中都有散将影响电镜的分辨本领，一般电镜中都有消像散器消像散器，可以把，可以把像散校正到容许的程度。像散校正到容许的程度。P422.1 电子光学基础若双对称场的对称轴为Z轴，场分布有P432.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v4 4、畸变、畸变v球差球差除了影响透镜分辨率除了影响透镜分辨率外，还会引起图像的畸变。外，还会引起图像的畸变。若存在若存在正球差正球差，产生，产生枕形枕形畸变；若存在畸变；若存在负球差负球差，将，将产生产生桶形桶形畸变。由于磁透畸变。由于磁透镜存在镜存在磁转角磁转角，势必伴随，势必伴随产生产生旋转畸变旋转畸变(S(S形畸变形畸变)。v球差系数随激磁电流减小球差系数随激磁电流减小而增大，当电磁透镜在较而增大，当电磁透镜在较低的激磁电流下工作时，低的激磁电流下工作时，球差比较大，这也就是电球差比较大，这也就是电镜在低放大倍数时易产生镜在低放大倍数时易产生畸变的原因畸变的原因P432.1 电子光学基础4、畸变P442.1 2.1 电子光学基础电子光学基础v5 5、电磁透镜的分辨本领、电磁透镜的分辨本领v分辨率分辨率是电磁透镜的最重要的性能指标。它受到衍射效应、球是电磁透镜的最重要的性能指标。它受到衍射效应、球差、色差和轴上像散等因素的影响，其中差、色差和轴上像散等因素的影响，其中衍射效应衍射效应和和球差球差是最是最主要的。主要的。v仅考虑衍射效应和球差时电磁透镜的理论分辨率为：仅考虑衍射效应和球差时电磁透镜的理论分辨率为：vrth=AC1/2S3/4式中：式中：A为常数，常数，0.4-0.5。vA决定于推决定于推导rth时的不同假设条件。时的不同假设条件。v电磁透镜的理论分辨率为电磁透镜的理论分辨率为0.2nm，目前制造的电磁透镜已经接，目前制造的电磁透镜已经接近于这个水平。随着采用高压电子束作照明源，以及低球差电近于这个水平。随着采用高压电子束作照明源，以及低球差电磁透镜的研制与应用，从理论上说达到磁透镜的研制与应用，从理论上说达到0.1nm的分辨率也是可的分辨率也是可能的。能的。P442.1 电子光学基础5、电磁透镜的分辨本领P452.2 2.2 电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用v本节主要内容本节主要内容v电子显微分析是利用聚焦电子束与试样相互作用所产电子显微分析是利用聚焦电子束与试样相互作用所产生的各种物理信号来分析试样的，那么，生的各种物理信号来分析试样的，那么，电子束与试样作用究竞会产生哪些有用的信号？电子束与试样作用究竞会产生哪些有用的信号？这些信号有什么特点？这些信号有什么特点？在电子显微分析中有什么用途呢？在电子显微分析中有什么用途呢？这些就是本节里要讨论的内容。这些就是本节里要讨论的内容。P452.2 电子与固体物质的相互作用本节主要内容P462.2 2.2 电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用v一、电子束与固体物质相互作用产生的物理信号一、电子束与固体物质相互作用产生的物理信号v电子束作用于试电子束作用于试样上所产生的物样上所产生的物理信号理信号主要有：主要有：v背散射电子、二背散射电子、二次电子、吸收电次电子、吸收电子、透射电子、子、透射电子、俄歇电子、连续俄歇电子、连续X射线、特征射线、特征X射线、射线、X荧光、阴极发光、荧光、阴极发光、衍射电子等。衍射电子等。P462.2 电子与固体物质的相互作用一、电子束与固体物质相P472.2 2.2 电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用v二、各种电子信号的产生机理及用途二、各种电子信号的产生机理及用途v1、背散射电子、背散射电子(Backscatteringelectron,B.E)概念概念背散射电子是被固体样品背散射电子是被固体样品反射回来的入射反射回来的入射电子电子，电子射入试样后，受到原子的弹性和非弹性，电子射入试样后，受到原子的弹性和非弹性散射，有一部分电子的总散射角大于散射，有一部分电子的总散射角大于900，重新从，重新从试样表面逸出。试样表面逸出。其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。弹性背散射电子的能量几乎没有损失，而非弹性背弹性背散射电子的能量几乎没有损失，而非弹性背散射电子的能量有不同程度的损失。散射电子的能量有不同程度的损失。P472.2 电子与固体物质的相互作用二、各种电子信号的产生P482.2 2.2 电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用特点特点总的来说，背散射电子的总的来说，背散射电子的能量较高能量较高，等于，等于或接近入射电子的能量。其或接近入射电子的能量。其产率随试样原子序数的产率随试样原子序数的增大而增大增大而增大。用途用途在扫描电镜和电子探针中，用背散射电子在扫描电镜和电子探针中，用背散射电子可以可以获得试样的表面形貌像获得试样的表面形貌像和和成分像成分像，称为背散称为背散射电子像。其分辨率较二次电子象低。射电子像。其分辨率较二次电子象低。P482.2 电子与固体物质的相互作用特点总的来说，背散P492.2 2.2 电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用P492.2 电子与固体物质的相互作用P502.2 2.2 电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用v2、二次电子、二次电子(Secondaryelectron,S.E)概念概念在入射电子的撞击下，脱离原子核的束缚，在入射电子的撞击下，脱离原子核的束缚，逸出试样表面的自由电子称为二次电子。逸出试样表面的自由电子称为二次电子。特点特点二次电子的二次电子的能量较低能量较低(小于小于50eV)，产生范产生范围小围小(仅在试样表面仅在试样表面10nm层内产生层内产生)；产率与试样的产率与试样的表面形状密切相关表面形状密切相关，对试样的表面状态非常敏感，对试样的表面状态非常敏感，能很好地反映试样的表面形貌。能很好地反映试样的表面形貌。用途用途在扫描电镜中用来在扫描电镜中用来获取试样的表面形貌像获取试样的表面形貌像P502.2 电子与固体物质的相互作用2、二次电子(SecP512.2 2.2 电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用v3、吸收电子、吸收电子(Absorptionelectron，A.E)概念概念入射电子经过多次非弹性散射后能量损失入射电子经过多次非弹性散射后能量损失殆尽，不再产生其它效应，一般被试样吸收，这种殆尽，不再产生其它效应，一般被试样吸收，这种电子称为电子称为吸收电子吸收电子。特点特点吸收电子的吸收电子的数量与试样的厚度、密度、组数量与试样的厚度、密度、组成试样的原子序数有关成试样的原子序数有关。试样的厚度越大、密度越。试样的厚度越大、密度越大，原子序数越大，吸收电子的数量就越大。大，原子序数越大，吸收电子的数量就越大。P512.2 电子与固体物质的相互作用3、吸收电子(AbsoP522.2 2.2 电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用如果试样足够厚，电子不能透过试样，那么入射电如果试样足够厚，电子不能透过试样，那么入射电子子I0与背散射电子与背散射电子IB、二次电子、二次电子IS和吸收电子和吸收电子IA之间之间有以下关系：有以下关系：I0=IB+IS+IA(1)故故吸收电子像是二次电子像、背散射电子像的负像吸收电子像是二次电子像、背散射电子像的负像。用途用途利用测量吸收电子产生的电流，既可以成利用测量吸收电子产生的电流，既可以成像，又可以获得不同元素的定性分布情况，它被广像，又可以获得不同元素的定性分布情况，它被广泛用于扫描电镜和电子探针中泛用于扫描电镜和电子探针中获取试样的形貌像、获取试样的形貌像、成分像。成分像。P522.2 电子与固体物质的相互作用如果试样足够厚，电子不P532.2 2.2 电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用P532.2 电子与固体物质的相互作用P542.2 2.2 电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用v4、透射电子、透射电子(Transmissionelectron,T.E)概念概念当试样厚度小于入射电子的穿透深度时，当试样厚度小于入射电子的穿透深度时，电子电子穿透穿透试样从另一表面射出，这样的入射电子称试样从另一表面射出，这样的入射电子称为透射电子。为透射电子。特点特点透射电子的透射电子的数量与试样的厚度和加速电压数量与试样的厚度和加速电压有关有关。试样厚度越小，加速电压越高，透过试样的。试样厚度越小，加速电压越高，透过试样的电子数量就越多。试样比较薄的时候，由于有透射电子数量就越多。试样比较薄的时候，由于有透射电子存在，电子存在，(1)式的右边应加上透射电子项，即：式的右边应加上透射电子项，即：I0=IB+IS+IA+ITP542.2 电子与固体物质的相互作用4、透射电子(TranP552.2 2.2 电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用用途用途透射电子是透射电子显微镜要检测的主要透射电子是透射电子显微镜要检测的主要信息，用于信息，用于高倍形貌像观察高倍形貌像观察，高分辨，高分辨原子、分子、原子、分子、晶格像观察和电子衍射晶体结构分析。晶格像观察和电子衍射晶体结构分析。如果试样只有如果试样只有10-20nm的厚度，则透射电子主要由的厚度，则透射电子主要由弹性散射电子组成，成像清晰。弹性散射电子组成，成像清晰。如果试样较厚，则透射电子有相当部分是非弹性散如果试样较厚，则透射电子有相当部分是非弹性散射电子，能量低于射电子，能量低于E0，且是变量，经过磁透镜后，且是变量，经过磁透镜后，由于色差，影响了成像清晰度。由于色差，影响了成像清晰度。P552.2 电子与固体物质的相互作用用途透射电子是透射P562.2 2.2 电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用v5 5、俄歇电子、俄歇电子(augerelectron)v由俄歇作用产生的自由电子称为俄由俄歇作用产生的自由电子称为俄歇电子歇电子。如右图所示，入射电子使。如右图所示，入射电子使试样中某原子的内层试样中某原子的内层(如如K层层)电子激电子激发发(打飞打飞)后，外层电子后，外层电子(如如L2层电子层电子)将回跃到内层将回跃到内层(K层层)来填补空位，多来填补空位，多余的能量余的能量(E=EL2-EK)不是以特征不是以特征X射线的形式释放出来，而是传给了射线的形式释放出来，而是传给了外层外层(如如L3层层)的电子，使之激发。的电子，使之激发。v这个过程称为这个过程称为俄歇作用俄歇作用，由此产生，由此产生的自由电子称为的自由电子称为俄歇电子俄歇电子。KL3L2L1X光子光子光电子光电子KL2L3俄歇电子俄歇电子P562.2 电子与固体物质的相互作用5、俄歇电子(augeP572.2 2.2 电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用v俄歇电子与特征俄歇电子与特征X射线一样，射线一样，具有特定的能量和波长具有特定的能量和波长，其能量和波长取决于原子的核外电子能级结构。因此其能量和波长取决于原子的核外电子能级结构。因此每种元素都有自己的特征俄歇能谱。每种元素都有自己的特征俄歇能谱。v俄歇电子的能量一般是俄歇电子的能量一般是502000eV，逸出深度逸出深度420，相当于相当于23个原子层。这种电子能个原子层。这种电子能反映试样的表面特反映试样的表面特征。征。v因此，检测俄歇电子可以对试样因此，检测俄歇电子可以对试样表面成分表面成分和和表面形貌表面形貌进行分析。进行分析。P572.2 电子与固体物质的相互作用俄歇电子与特征X射线一P582.2 2.2 电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用v6、连续、连续X射线射线v与与X射线管产生连续射线管产生连续X射线的原理一样，不同的是，射线的原理一样，不同的是，这里作阳极的不是磨光的金属表面，而是试样。这里作阳极的不是磨光的金属表面，而是试样。v当电子束轰击试样表面时，有的电子可能与试样中的当电子束轰击试样表面时，有的电子可能与试样中的原子碰撞一次而停止，而有的电子可能与原子碰撞多原子碰撞一次而停止，而有的电子可能与原子碰撞多次，直到能量消耗殆尽为止。每次碰撞都可能产生一次，直到能量消耗殆尽为止。每次碰撞都可能产生一定波长的定波长的X射线，由于各次碰撞的时间和能量损失不射线，由于各次碰撞的时间和能量损失不同，产生的同，产生的X射线的波长也不相同，加上碰撞的电子射线的波长也不相同，加上碰撞的电子极多，因此将产生各种不同波长的极多，因此将产生各种不同波长的X射线射线连续连续X射线。连续射线。连续X射线在电子探针定量分析中作为背景值射线在电子探针定量分析中作为背景值应予扣除。应予扣除。P582.2 电子与固体物质的相互作用6、连续X射线P592.2 2.2 电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用v7、特征、特征X射线射线v电子束与固体物质作用会产生特征电子束与固体物质作用会产生特征X射线，这与射线，这与X射射线管产生特征线管产生特征X射线的过程和原理相同。射线的过程和原理相同。v特征特征X射线的波长决定于原子的核外电子能级结构。射线的波长决定于原子的核外电子能级结构。每种元素都有自己特定的特征每种元素都有自己特定的特征X射线谱。一种元素的射线谱。一种元素的某根特征某根特征X射线射线(如如K1)的波长是不变的，它是识别元的波长是不变的，它是识别元素的一种特有标志。素的一种特有标志。v在在X射线谱中发现了某种元素的特征射线谱中发现了某种元素的特征X射线，就可以射线，就可以肯定该元素的存在。所以，特征肯定该元素的存在。所以，特征X射线是电子探针射线是电子探针微微区成分分析区成分分析所检测的主要信号。所检测的主要信号。P592.2 电子与固体物质的相互作用7、特征X射线P602.2 2.2 电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用v8、荧光、荧光X射线射线v由由X射线激发产生的次级射线激发产生的次级X射线称为荧光射线称为荧光X射线。射线。其产其产生机理与生机理与X射线管产生射线管产生X射线的机理是一样的，不同射线的机理是一样的，不同的是荧光的是荧光X射线以射线以X射线作激发源。射线作激发源。v高能电子束轰击试样，会产生特征高能电子束轰击试样，会产生特征X射线和连续射线和连续X射射线，特征线，特征X射线会激发另一些元素的内层电子而产生射线会激发另一些元素的内层电子而产生次级特征次级特征X射线。这种由特征射线。这种由特征X射线激发出来的二级射线激发出来的二级特征特征X射线，叫做射线，叫做特征特征X荧光荧光。P602.2 电子与固体物质的相互作用8、荧光X射线P612.2 2.2 电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用v从样品中发射出来的连续从样品中发射出来的连续X射线，也会激发出一些二射线，也会激发出一些二级级X射线。这种由连续射线。这种由连续X射线激发出来的二级连续射线激发出来的二级连续X射射线叫做线叫做连续连续X荧光荧光。v电子探针定量分析时，必须考虑电子探针定量分析时，必须考虑X射线荧光效应的影射线荧光效应的影响，进行响，进行X荧光校正。荧光校正。v9 9、阴极发光、阴极发光(荧光荧光)v阴极荧光实际上是阴极荧光实际上是由阴极射线由阴极射线(电子束电子束)激发出来的一激发出来的一种波长较长的电磁波种波长较长的电磁波，一般是指可见光，有些书上把，一般是指可见光，有些书上把红外光和紫外光也包括在内。红外光和紫外光也包括在内。v产生阴极荧光的物质主要是那些含有杂质元素或晶格产生阴极荧光的物质主要是那些含有杂质元素或晶格缺陷缺陷(如间隙原子、晶格空位等如间隙原子、晶格空位等)的绝缘体或半导体。的绝缘体或半导体。P612.2 电子与固体物质的相互作用从样品中发射出来的连续P622.2 2.2 电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用 价带价带(满带满带)导带导带禁带禁带荧光荧光入射电子入射电子v入射电子束作用在试样上，使得入射电子束作用在试样上，使得价带价带(满带满带)上的电子激发，从价上的电子激发，从价带越过禁带进入导带。导带上的带越过禁带进入导带。导带上的电子跃回价带时，可以是直接跃电子跃回价带时，可以是直接跃回价带，多余的能量以电磁幅射回价带，多余的能量以电磁幅射的形式一次释放出来，其波长由的形式一次释放出来，其波长由导带与价带的能级差导带与价带的能级差(E=Ed-Ej)决定。如果其波长在可见光的范决定。如果其波长在可见光的范围，就会发出可见荧光。如果其围，就会发出可见荧光。如果其波长比可见光短，比波长比可见光短，比X光长，那光长，那样就会发出紫外荧光。样就会发出紫外荧光。P622.2 电子与固体物质的相互作用 价带(满带)P632.2 2.2 电子与固体物质的相互作用电子与固体物质的相互作用价带价带(满带满带)导带导带禁带禁带荧光荧光入射电子入射电子杂质能级杂质能级v导带上的电子跃回价带时，也可能导带上的电子跃回价带时，也可能先跃到杂质能级先跃到杂质能级(或者说被杂质能或者说被杂质能级捕获级捕获)然后再从杂质能级跃回价然后再从杂质能级跃回价带。这种情况下，其多余的能量将带。这种情况下，其多余的能量将分两次释放出来，如果都是以电磁分两次释放出来，如果都是以电磁波的形式释放，那么其波长将由导波的形式释放，那么其波长将由导带能级、价带能级和杂质能级来决带能级、价带能级和杂质能级来决定。如果波长在可见光范围，就会定。如果波长在可见光范围，就会发出可见荧光，如果波长比可见光发出可见荧光，如果波长比可见光的长