Elektrony wstecznie rozproszone - Sekcja Mikroskopii Elektronowej

Idź do spisu treści

Menu główne:

Elektrony wstecznie rozproszone

Elektrony wstecznie rozproszone

Elektrony wstecznie rozproszone  są jednym z sygnałów  wykorzystywanych do obrazowania powierzchni w skaningowej mikroskopii elektronowej. Elektrony wstecznie rozproszone mają wysoką energię. Przyjmuje się, że może ona wynosić od 50 eV aż do wielkości napięcia przyspieszającego wiązki (Schemat 1)  [3].
Elektrony wstecznie rozproszone generowane są ze stosunkowo dużych głębokości badanego materiału - od 100 do 1000 nm [4].

Schemat 1. Energia elektronów emitowanych z próbki.

 

 

Mechanizm generowania elektronów wstecznie rozproszonych

Elektrony wstecznie rozproszone to pierwotne elektrony (elektrony wiązki), które na skutek zderzeń sprężystych z jądrami atomów próbki zostały „odbite” z powrotem od próbki. Poglądowy mechanizm powstawania elektronów wsteczenie rozproszonych przestawiony został na Schemacie 2.

Schemat 2. Mechanizm powstawania elektronów wstecznie rozproszonych.

 

 
 
Zależność od liczby atomowej

Współczynnik rozpraszania wstecznego silnie zależy od liczby atomowej Z badanego materiału (patrz Schemat 3). Przy dużych wartościach liczby Z dominujące odbicia wysokokątowe nie powodują dużych strat energii wiązki. W związku z tym liczba "odbić" niezbędnych do opuszczenia powierzchni badanego materiału jest niewielka. W przypadku pierwiastków lekkich przważają odbicia niskokątowe, co zwiększa liczbę koniecznych "odbić" niezbędnych do opuszczenia powierzchni próbki. Wiąże się to oczywiście z większą potencjalną stratą energii i ogranicza liczbę wydostających się z powierzchni próbki elektronów.


 
 

Obszary próbki zawierające jądra pierwiastków o wysokiej liczbie atomowej rozpraszają wstecznie więcej elektronów dzięki czemu są odwzorowywane na obrazach BSE jako miejsca jaśniejsze. W obrazach BSE kontrast jest wynikiem różnicy średniej liczby atomowej pomiędzy poszczególnymi punktami próbki. Właściwie zinterpretowane obrazy BSE dostarczają ważnych informacji o zróżnicowaniu składu próbki (patrz Rys. 1).




Rys. 1. Neyda M. Abreu, Adrian J. Brearley, Early solar system processes recorded in the matrices of two highly pristine CR3 carbonaceous chondrites, MET 00426 and QUE 99177, Geochimica et Cosmochimica Acta 74(3) 2010, 1146–1171
 

 

 
Detekcja elektronów wstecznie rozproszonych

Detektror Everharta-Thornleya [1], którego schemat przedstawiono na Rys. 1, może być stosowany zarówno do detekcji elektronów wtórnych, jak i elektronów wstecznie rozproszonych.  W przypadku elektronów wstecznie rozproszonych do elektrody ogniskującej przykładane jest ujemne napięcie o wartości około 50 V. Tak niskie napięcie, jakim polaryzowana jest elektroda powoduje, że elektrony wtórne praktycznie nie docierają do wnętrza detektora.
Detekcja elektronów wstecznie rozproszonych za pomocą detektora Everharta-Thornleya jest jednak ograniczona. Problemem jest tutaj liczba elektronów wstecznie rozproszonych, jakie docierają do scyntylatora. Konstrukcja detektora  EVerharta-Thornleya (mały otwór w elektrodzie ogniskującej, odległość detektora od próbki) nie gwarantuje uzyskania dobrego obrazu.
Wspomniane wyżej trudności związane z liczbą elektronów wstecznie rozproszonych docierających do scyntylatora powodują, że do ich detekcji znacznie częściej wykorzystywany detektor Robinsona, którego schemat przedstawiono na Rys. 2. W detektrorze tego typu scyntylator umieszczony jest bezpośrednio nad badanym materiałem i zajmuje większą część detektora.
Do detekcji elektronów wsteczenie rozproszonych używa się także detektorów połprzewodnikowych. Detektory takiego typu mają niewielkie rozmiary i często wykorzystuje się wiele takich urządzeń jednocześnie, co umożliwia jednoczesne badanie preparatów z różnych stron.








Rys. 2 Schemat detektora Everharta-Thornleya. Napięcie elektrody ogniskującej (+400V) umożliwia detekcję elektronów wtórnych, natomiast przy napięciu -50 V możliwa jest detekcja wyżej eneretycznych elektronów wstecznie rozproszonych.
Rys. 3 Schemat detektora Robinsona do detekcji elektronów wstecznie rozproszonych.
 
 
 

[1] Goldstein J. I., Newbury D. E., Echlin P., Joy D. C., Jr A. D . R., Lynman C. E., Fiori C., Lifshin E., Scanning electron microscopy and microanalysis, Plenum Press, New York & London 1992.
[2]
Radzimski Z. J.,  Scanning electron microscope solid state detectors, Scanning Microscopy vol. 1 (1987) pp. 975-982.
[3]
Frank L., Mullerova I., Delong A., Microscopy with slow electrons, Czechoslovak Journal of Physics vol. 44 (1994) pp. 195-238
[4]
Dobrzański L., Hajduczek E., Mikroskopia świetlna i elektronowa, WNT, Warszawa 1987
[5]
Rösler M., Brauer W., Theory of secondary electron emission, Phys. Stat. Sol. (B) vol. 104 (1981) p. 161.

 
 

Aktualizacja 2014-01-20

Poprawny CSS!

Wróć do spisu treści | Wróć do menu głównego