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扫描电子显微镜

Scanning Electron Microscope

 
 
 
 
 

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半导体固体背散射探测器形貌(TOPO)模式的假象  

2013-05-01 00:29:26|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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编辑作者:驰奔

背散射电子是扫描电镜一个非常重要的成像信号,可表现材料原子序数反差,一定的形貌反差及晶体结构反差。当前用户接触最多的背散射电子探测器是半导体固体型。

半导体固体背散射探测器形貌(TOPO)模式的假象 - 酷塞目[中国] - --扫描电子显微镜视界--半导体固体背散射探测器形貌(TOPO)模式的假象 - 酷塞目[中国] - --扫描电子显微镜视界--

这种探测器的优点,体积小占用样品室内空间小,价格较为便宜,能够在低真空下使用。对于注重材料成分,对形貌不太关注的研究项目,例如地质矿物研究,刑侦物证分析、钢铁夹杂等,很多样品往往经过抛光处理,消除样品表面形貌。经常配合X射线能谱仪使用,是常用的探测器,

半导体探测器晶体常常是环形对称,信号及探测器系统分析表明,一体的探测晶体倾向于消除形貌反差,增强成分Z反差,这也是背散射探测器最大的使用价值。最早的研究者经过理论分析,认为将探测器晶体进行分割然后对称的探测信号进行代数运算,可消除成分Z反差,突出形貌反差, 各种实验研究表明,确实如此,但通过信号重构样品形貌也存在一些人为假象,需要特别注意。

首先来看一下同一样品分别在se模式、bse成分模式,bse形貌模式效果。

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SE 模式

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 BSE 成分模式

半导体固体背散射探测器形貌(TOPO)模式的假象 - 酷塞目[中国] - --扫描电子显微镜视界--
      BSE TOPO形貌模式
半导体固体背散射探测器形貌(TOPO)模式的假象 - 酷塞目[中国] - --扫描电子显微镜视界--

以上多种样品背散射电子探测器的形貌模式、成分模式和二次电子图像的比较显示有较大差异。其中最有意义的对比观察是二次电子形貌像和材料成分反差像。而背散射的形貌(TOPO)模式则显得不真实。那么,这种缺陷来源为何?

   有研究者做了如下实验:分别使用两份割,四分割固体探测器,对如右图的十字交叉的沟槽和放射状沟槽进行TOPO模式观察。

半导体固体背散射探测器形貌(TOPO)模式的假象 - 酷塞目[中国] - --扫描电子显微镜视界--
 

结果如下。两分割的探测器,会出现明显的成像缺陷,平行于探测器放置轴向方向沟槽没有重构形貌细节,有明显假象。这时,对称的两个探测器获的BSE信号相似,通过信号相减,降低了形貌反差,造成假象。

半导体固体背散射探测器形貌(TOPO)模式的假象 - 酷塞目[中国] - --扫描电子显微镜视界--
半导体固体背散射探测器形貌(TOPO)模式的假象 - 酷塞目[中国] - --扫描电子显微镜视界--

四分割的探测器,(D2-D1)+(D6-D5) ,十字交叉沟槽没有明显假象,而放射沟槽某个区域出现明显假象。(D1-D2+(D5-D6),则放射性沟槽的阴影发生反转,此时凹槽看似凸起,而且存在形貌减弱的假象。


结论:
背散射探测器的最大价值是 Z反差模式,和SE形貌模式对照观察是有意义的比较研究。而多象限的固体背散射探测器的TOPO(形貌)模式,存在假象,不能替代SE探测器的形貌观察。二次电子探测器对于扫描电子显微镜形貌成像是最基本的。

SE探测器和BSE探测器,最常有意义的对照应用案例如下:

半导体固体背散射探测器形貌(TOPO)模式的假象 - 酷塞目[中国] - --扫描电子显微镜视界--
       说明:原子序数接近的样品,BSE图像突出成分反差,大的轮廓形貌,形貌细节被消除
半导体固体背散射探测器形貌(TOPO)模式的假象 - 酷塞目[中国] - --扫描电子显微镜视界--
说明:原子序数反差极大,突出的成分,完全压制了形貌,图像边缘显得锐利,似乎图像分辨率高,是对比度调节的结果。
半导体固体背散射探测器形貌(TOPO)模式的假象 - 酷塞目[中国] - --扫描电子显微镜视界--
       说明:Bse图像突出成分反差,基本消除了形貌
 
半导体固体背散射探测器形貌(TOPO)模式的假象 - 酷塞目[中国] - --扫描电子显微镜视界--
      说明:镜面抛光的样品,完全消除表面形貌,最BSE图像反应真实的成分反差 
      半导体固体背散射探测器形貌(TOPO)模式的假象 - 酷塞目[中国] - --扫描电子显微镜视界--

说明:SE反映精细表面形貌,Bse图像反差包含其他成分和非成分反差信息,比较复杂
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     说明:基体材料原子序数明显高于表面吸附的材料。这时候SE图像显得清晰

半导体固体背散射探测器形貌(TOPO)模式的假象 - 酷塞目[中国] - --扫描电子显微镜视界--半导体固体背散射探测器形貌(TOPO)模式的假象 - 酷塞目[中国] - --扫描电子显微镜视界--
说明:Bse 成分模式  , BSE形貌模式,对照观察令人费解
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