電子顯微術(shù)

電子顯微術(shù)可分為靜態(tài)式和掃描式。靜態(tài)式包括穿透式、反射式電鏡及低能電子顯
微鏡等。掃描式包括二次電子顯微鏡和歐杰電子顯微鏡等。

2.1 反射式電子顯微術(shù)(Reflection Electron Microscopy,REM)
穿透式電子顯微鏡是利用電子穿透樣品而產(chǎn)生繞射來成像，其圖像是樣品表面在其
法線方向的投影，并不帶有表面的訊息。而反射式電子顯微鏡是將高能電子束幾乎平行
樣品表面的角度入射，然后收集經(jīng)表面小角度反射出來的電子束來成像。這是反射式和
穿透式電子顯微鏡最大的差別所在。另外由于反射式顯微術(shù)是應(yīng)用平行式的取像法，不
像掃描是顯微術(shù)是用依序式取像法；其對(duì)圖像變化的捕捉，基本上只受記錄圖像時(shí)間的
限制，因此反射式顯微術(shù)對(duì)實(shí)時(shí)的表面動(dòng)態(tài)現(xiàn)象觀測(cè)十分有幫助！

2.2 低能電子顯微術(shù)(Low Energy Electron Microscopy,LEEM)
低能電子顯微術(shù)和反射式電子顯微術(shù)不同處是在低能電子顯微術(shù)是利用低能量電
子垂直入射樣品表面。由于低能電子入射到一般樣品表面，均會(huì)被大量反射回來，所以
帶有很強(qiáng)的表面訊息，利用這些電子產(chǎn)生的繞射來成像將是非常好的方法。但LEEM 再
發(fā)展過程中有三個(gè)瓶頸﹕(1).需要將入射電子和成像電子分開，這問題目前是利用可以
有60 度偏轉(zhuǎn)功能的磁鏡來克服。(2).接物鏡的設(shè)計(jì)也是一大問題，因電子在經(jīng)過接物
鏡時(shí)必須從幾十個(gè)keV 降到幾個(gè)eV，為了達(dá)到高分辨率，接物鏡和樣品表面的距離一
般只有2mm。(3).在使用LEEM 時(shí)所有使用的材料、組件，都必須維持在超高真空的
狀態(tài)下才行。

2.3 掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy,SEM)
SEM 主要包括兩部分，一為提供并聚集電子于標(biāo)本上，產(chǎn)生訊息的主體，包含電
子槍、電磁透鏡、樣品室和真空系統(tǒng)。二為顯示影像的顯像系統(tǒng)(見圖十三)。
SEM 是利用收集樣品產(chǎn)生的二次電子來成像，而二次電子的能量大部分在50eV 以
下，所以這些電子都是在表面附近產(chǎn)生的。二次電子是入射電子經(jīng)多次碰撞后而產(chǎn)生
的，不具原子的本征性質(zhì)，但和逃離表面的功函數(shù)有密切關(guān)系。樣品表面功函數(shù)的變化
除了和組成元素有關(guān)，和區(qū)域結(jié)構(gòu)也有很大的關(guān)系，這是為什么SEM 的圖像能反映表
面粗糙度的主因。

圖十三. SEM 裝置示意圖

2.4 掃描式歐杰電子顯微術(shù)(Scanning Auger Microscopy,SAM)
掃描是歐杰電子顯微術(shù)是結(jié)合掃描電子顯微鏡及歐杰電子能譜儀(ASE)而成的。
SAM 和SEM最大的不同之處在以Auger 電子取代二次電子為收集訊號(hào)。歐杰電子最早
為法國(guó)的皮爾歐杰 (Pierr Auger) 所發(fā)現(xiàn)，因此以其名稱之。當(dāng)原子的內(nèi)層電子受到外
來能量源的激發(fā)而脫離原子時(shí)，原子的外層電子將很快的遷降至內(nèi)層電子的空穴并釋出
能量。所被釋出的能量可能以 X 光的形式釋出，或者此釋出的能量轉(zhuǎn)而激發(fā)另一外層
電子使其脫離原子，后者反應(yīng)中被激發(fā)而脫離原子束縛離開試片表面的另一電子即為歐
杰電子，此電子同樣具有代表該原子特性的能量，因此分析歐杰電子亦可得材料成份的
信息。逃離出來的電子，一般約有小于2keV 的動(dòng)能，在固體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，最多可走
5nm，不因碰撞而損失能量。因此歐杰電子具有固態(tài)樣品組成原子的本征性質(zhì)，可用來
判定原子的種類；另外，在樣品收集歐杰電子時(shí)，只有距離表面約5nm 之區(qū)域所產(chǎn)生
的歐杰電子可以被偵測(cè)到，所以它反應(yīng)的是樣品表面幾層的原子成分性質(zhì)。
由于歐杰電子產(chǎn)生率，加載射電子能量大于10keV 時(shí)衰減的很快，一般使用的能量
約小于5keV。加上歐杰電子產(chǎn)生率遠(yuǎn)小于二次電子，必須使用更強(qiáng)的光源；但一旦使
用強(qiáng)光源，電子被聚焦的程度便大受影響，在光學(xué)上將造成技術(shù)上的困擾。因此，SAM
的分辨率沒有SEM 來的好。