主题：【FAQ】问个SEM的问题－－形貌像和组成相的剥离

我想用一个二次电子检测器看形貌，用一个背散射检测器看组成。

好多年没干SEM了，说法不一点对。

    在只有一个SE探测器的情况下：
    一般来说SE探测器即能接收二次电子又能接收背散射电子，二次电子像反映形貌特征，背散射电子像反映成分分布。
    一般情况下，SE探测器上的收集器加+200～400V的电压，这样可将二次电子吸引到SE探测器上来，此时是二次电子像，反映的是形貌特征。当然此时被散射电子也会跑到SE探测器上来，但由于背散射电子较二次电子数量少很多，在成像中可忽略不计。
    如果将收集器电压调至-200V左右，二次电子就不能到达SE探测器，而到达SE探测器的只有背散射电子，此时显示的便是背散射电子像。由于背散射电子像对成分比较敏感，所与此时图像反映的主要是成分分布。当然形貌特征对图像也有影响，所以样品最好要抛光。
    如果分别有SE和BSE探测器，这两个信号就可以分别来显示了。
    现在有些扫描电镜配备4QBSD探测器，用这种探测器可以通过不同的信号组合来观察形貌或成分分布（均为被散射电子像）。

打住！
ZEMB朋友的解  释  有两 大致命  错误  ，  为避免  误导， 我 不得不解释。
1，SE电子像  反映的    是    样本的  表面    信息    ，  不是      形貌信息  ！！！
专业术语  称  SE的激 发区 域  叫  二次  电子圆盘 SE PLATE，直径 由束斑  直  径决 定， 厚度    约为  10 NM 到  15NM， 厚度  对探针电流和加速  电压 都不敏感 ，  所以      SE 可以反映表面      信息。

2，  我们一般把    ET 检测  器 叫做    SE 检测 器， 但是  它  同时检测 SE 和 BSE，这点  ZEMB  没有错。
错的是，  BSE  含量在  被  检  电子  中是  70%， SE 只占  30%  左右。所以    ET  检测 器 大量  检测  的是  BSE，  并不是  SE。

其实 ZEMB  朋友也意  识 到， SE  检测器可以    检测形貌  是由于    它的  检测角度。

因为他说， 在  BSE  固体 检测 器上 ， 可以  通    过  关闭  不同  的1/4 半导体  达到  同 时  检测  成分和形貌的效果

請大家討論我說得對不對

有道理，有收获。

关于扫描电镜成像的讨论
有关资料的摘录

扫描电镜图象及其衬度

    1 、扫描电镜像的衬度  扫描电镜图象的衬度是信号衬度，它可定义为： 根据形成的依据，扫描电镜的衬度可分为形貌衬度，原子序数衬度和电 压衬度。
    形貌衬度是由于试样表面形貌差异而形成的衬度。利用对试样表面形貌变化敏感的物理信号如二次电子、背散射电子等作为显象管的调制信号，可以得到形貌衬度像。其强度是试样表面倾角的函数。而试样表面微区形貌差别实际上就是各微区表面相对于入射束的倾角不同，因此电子束在试样上扫描时任何二点的形貌差别，表现为信号强度的差别，从而在图像中形成显示形貌的衬度。二次电子像的衬度是最典型的形貌衬度。
    原子序数衬度是由于试样表面物质原子序数（或化学成分）差别而形成的 衬度。利用对试样表面原子序数（或化学成分）变化敏感的物理信号作为显像管的调制信号，可以得到原子序数衬度图像。背散射电子像、吸收电子像的衬度，都包含有原子序数衬度，而特征 X 射线像的衬度是原子序数衬度。
    现以背散射电子为例，说明原子序数衬度形成原理。对于表面光滑无形貌特征的厚试样，当试样由单一元素构成时，则电子束扫描到试样上各点时产生的信号强度是一致的。得到的像中不存在衬度。当试样由原子序数不同的元素构成时，则在不同的元素上方产生不同的信号强度，因此也就产生衬度。电压衬度是由于试样表面电位差别而形成的衬度。利用对试样表面电位状态敏感的信号，如二次电子，作为显像管的调制信号，可得到电压衬度像。
    2 、背散射电子像  背散射电子是由样品反射出来的初次电子，其主要特点是：能量很高，有相当部分接近入射电子能量 E 0 ，在试样中产生的范围大，像的分辨率低。背散射电子发射系数 η =I B /I 0 随原子序数增大而增大。作用体积随入射束能量增加而增大，但发射系数变化不大。当试样表面倾角增大时，作用体积改变，且显著增加发射系数。背散射电子在试样上方有一定的角分布。垂直入射时为余弦分布： η ( φ )= η 0 cos φ 当试样表面倾角增大时，由于电子有向前散射的倾向，峰值前移。因此电子探测器必须放在适当的位置才能探测到较高强度的电子信号。从上述的背散射电子特点可知，背散射电子发射系数和试样表面倾角以及试样的原子序数二者有关，背散射电子信号中包含了试样表面形貌和原子序数信息，像的衬度既有形貌衬度，也有原子序数衬度，因此， 可利用背散射电子像来研究样品表面形貌和成分分布。
    背散射电子能量大，运动方向基本上不受弱电场的影响，沿直线前进。在用单个电子探测器探测时，只能探测到面向探测器的表面发射的背散射电子，所成的像具有较重的阴影效应，使表面形貌不能得到充分显示。加之背散射 电子像分辨率低，因此一般不用它来观察表面形貌，而主要用来初步判断试样表面不同原子序数成分的分布状况。采用背散射电子信号分离观察的方法，可分别得到只反映表面形貌的形貌像和只反映成分分布状况的成分像。
    3 、二次电子像  二次电子是被入射电子轰出的试样原子的核外电子，其主要特点是：（ l ）能量小于 50eV ，主要反映试样表面 10nm 层内的状态，成像分辨率高。（ 2 ）二次电子发射系数与入射束的能量有关。随着入射束能量增加，二次电子发射系数减小。（ 3 ） 二次电子发射系数和试样表面倾角有如下关系： δ ( θ )= δ 0 /cos θ （ 4 ）二次电子在试样上方的角分布也服从余弦分布，但与背散射电子不同的是二次电子在试样倾斜时仍为余弦分布。根据二次电子的上述特点，二次电子像主要反映试样表面的形貌特征。像的衬度是形貌衬度，衬度形成主要决定于试样表面相对于入射电子束的倾角。试样表面光滑平整（无形貌特征），倾斜放置时的二次电子发射电流比水平放置时大，但仅增加像的亮度而不形成衬度；而对于表面有一定形貌的试样，其形貌可看成由许多不同倾斜程度的面构成的凸尖、台阶、凹坑等细节组成，这些细节的不同部位发射的二次电子数也不同，从而产生衬度。由于二次电子能量小，用闪烁体探测器探测时，只要在收集极上加 250V 正电压，即可把二次电子吸引过来，所以二次电子像没有明显的阴影效应。从图中可以看出，当探测器置于试样上方时，探测器也能接收一部分背散射电子，在这种情况下，二次电子像中也包含一部分背散射电子信息。二次电子像分辨率高、无明显阴影效应、场深大、立体感强，是扫描电镜的主要成像方式，它特别适用于粗糙表面及断口的形貌观察，在材料科学中得到广泛的应用。
    4 ．吸收电子像  当电子束照射在试样上时，如果不存在试样表面的电荷积累，则进入试样的电流应等于离开试样的电流。进入试样的电流为入射电子电流 I 0 ，离开试样的电流为背散射电子电流 I B ，二次电子电流 I S ，透射电子电 流 I T ，和吸收电子电流（吸收电流或称试样电流） I A （式 2 － 35 ）。对于厚试样，I T ＝ 0 ，则有： I 0 = I B + I S + I A 在相同条件下，背散射电子发射系数 η 比二次电子发射系数 δ 大得 多，现假设二次电子电流 I 0 ＝ C 为一常数，则吸收电流与背散射电子电流存在互补关系，即： I A = （ I 0 －Ｃ）－ I B 。因此可以说吸收电子和背散射电子反映试样相同的信息。

    讨论：（个人理解）
    表面信息：样品表面所产生各种信息的统称，包括形貌信息、成份信息等。
    形貌信息：形貌信息是由于试样表面形貌差异而产生的信息。二次电子像的衬度是最典型的形貌衬度，即二次电子像的衬度主要是由于形貌变化所形成的。SE 探测器检测样品的形貌，不是由于它所处于的角度，而是SE信号本身就是包含了形貌信息。无论探测器放在何处，都可得到形貌像。
    ET探测器接收的二次电子数量：背散射电子能量大，运动方向基本上沿直线前进。在用单个电子探测器探测时，只能探测到面向探测器的表面发射的背散射电子，由于探测器接收的立体角很小，因此接收到的背散射电子只占所产生的全部背散射电子的很少一部分。由于二次电子能量小，用闪烁体探测器探测时，只要在收集极上加 250V 正电压，即可把几乎全部产生的二次电子吸引过来，所以二次电子的利用效率极高，不论二次电子探测器放在何处，二次电子像没有明显的阴影效应。现在场发射扫描电镜的二次电子探测器即所谓的 Inlens 探测器就是安装在样品的正上方、镜筒中间。
    现在有些扫描电镜可以接收纯二次电子信号或纯背散射电子信号。

    以上表述，仅供参考。具体说法未经过推敲。

原文由 zemb 发表:
关于扫描电镜成像的讨论
有关资料的摘录

请问那种inlens的电镜是不是只有Zeiss，也就是原来的LEO才有的？

ZEISS 的场发射扫描电镜都装有 Inlens 探测器，是环形的，位于光路中间、物镜上方。其他厂家的场发射扫描电镜也装有 Inlens 探测器，但结构形式不同，其性能也有差异。Inlens 探测器的主要特点是在低加速电压、短工作距离时具有优越的性能（探测灵敏度、分辨率高）。

原文由 zemb 发表:
ZEISS 的场发射扫描电镜都装有 Inlens 探测器，是环形的，位于光路中间、物镜上方。其他厂家的场发射扫描电镜也装有 Inlens 探测器，但结构形式不同，其性能也有差异。Inlens 探测器的主要特点是在低加速电压、短工作距离时具有优越的性能（探测灵敏度、分辨率高）。

多谢了:)

再請ZEMB朋友打住。
兩個概念性錯誤
1﹐低加速電壓(100V)工作是場發射電鏡的一大優勢﹐原理是由於電子光學系統使用了雙鏡頭系統﹐即電磁透鏡和靜電透鏡被同時使用﹐INLENS是適合這種系統的檢測終端﹐不是低壓工作的根本原因。
2﹐INLENS只能看工作距離小於3MM的樣本﹐這是由於雙鏡頭系統的使用﹐這不是優勢﹐而是劣勢。