透射电镜 电子探针等技术课件.ppt

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1、电子探针工作原理,电子探针（Electron Probe Microanalysis-EPMA）的主要功能是进行微区成分分析。其原理是：用细聚焦电子束入射样品表面，激发出样品元素的特征X射线，分析特征X射线的波长（或能量）可知元素种类；分析特征X射线的强度可知元素的含量。其镜筒部分构造和SEM相同，检测部分使用X射线谱仪，用来检测X射线的特征波长（波谱仪）和特征能量（能谱仪），以此对微区进行化学成分分析。,X射线谱仪是电子探针的信号检测系统，分为： 1.波长分散谱仪（WDS），波谱仪（WDS、WDX）Wavelength dispersive X-ray spectroscopy 用来测定特征

2、X射线波长 2.能量分散谱仪（EDS），简称能谱仪（EDS、EDX）Energy dispersive X-ray spectroscopy) 用来测定X射线特征能量,X射线波长色散谱,其原理是用细聚焦电子束入射样品表面，激发出样品元素的特征X射线，分析特征X射线的波长即可知道样品中元素的种类（定性分析），分析X射线的强度，则可知道样品中对应元素含量的多少（定量分析）。 WDS组成：波谱仪主要由分光晶体和X射线检测系统组成。,1、概 述,电子探针仪电子探针仪的特点和工作原理 第一台商品电子探针X射线显微分析仪(简称电子探针仪)是1956年制成的。 电子探针仪是一种微区成分分析仪器，它利用被聚焦

3、成小于1m的高速电子束轰击样品表面，由X射线波谱仪或能谱仪检测从试样表面有限深度和侧向扩展的微区体积内产生的特征X射线的波长和强度，得到1 m3微区的定性或定量的化学成分。,电子探针显微分析有以下特点： 1.显微结构分析 电子探针是利用0.5m-1m的高能电子束激发待分析样品，通过电子与样品的相互作用产生的特征X射线、二次电子、吸收电子、 背散射电子及阴极荧光等信息来分析样品的微区内(m范围内)成份、形貌和化学结合状态等特征。电子探针是几个m范围内的微区分析， 微区分析是它的一个重要特点之一, 它能将微区化学成份与显微结构对应起来，是一种显微结构的分析。,2. 元素分析范围广 电子探针所分析的

4、元素范围从硼(B)铀()，因为电子探针成份分析是利用元素的特征X射线，而氢和氦原子只有K层电子，不能产生特征X射线， 所以无法进行电子探针成分分析，锂(Li)和铍(Be)虽然能产生X射线，但产生的特征X射线波长太长，通常无法进行检测，少数电子探针用大面间距的皂化膜作为衍射晶体已经可以检测Be元素。能谱仪的元素分析范围现在也和波谱相同，分析元素范围从硼(B)铀()。,3. 定量分析准确度高 电子探针是目前微区元素定量分析最准确的仪器。电子探针的检测极限(能检测到的元素最低浓度)一般为（0.010.05）wt%， 不同测量条件和不同元素有不同的检测极限，但由于所分析的体积小，所以检测的绝对感量极限

5、值约为10-14g，定量分析的相对误差为(13)%，对原子序数大于11，含量在 10wt% 以上的元素，其相对误差通常小于2%。 4. 不损坏试样、分析速度快 电子探针一般不损坏样品，样品分析后，可以完好保存或继续进行其它方面的分析测试.,特征X射线的检测 检测特征X射线的波长和强度是由X射线谱仪(波谱仪或能谱仪)来完成的(1) 波长分散谱仪(波谱仪或光谱仪) 一般说来，入射电子束激发样品产生的特征X射线是多波长的。波谱仪利用某些晶体对X射线的衍射作用来达到使不同波长分散的目的。,若有一束包括不同波长的X射线照射到一个晶体表面上，平行于该晶体表面的晶面(hkl)的间距为d，入射X射线与该晶面的

6、夹角为1，则其中只有满足布喇格方程1=2dsin1 的那个波长的X射线发生衍射。若在与入射X射线方向成21 的方向上放置X射线检测器，就可以检测到这个特定波长的x射线及其强度。,若电子束位置不变，改变晶体的位置，使(hkl)晶面与入射X射线交角为2，并相应地改变检测器的位置，就可以检测到波长为 2= 2d sin2的X射线。如此连续地操作，即可进行该定点的元素全分析。若将发生某一元素特征X射线的入射角固定，对样品进行微区扫描，即可得到某一元素的线分布或面分布图像。,由Moseley定律 =K/(Z-)2 X射线特征谱线的波长和产生此射线的样品材料的原子序数Z有一确定的关系(K为常数，为屏蔽系数

7、)。,=K/(Z-)2 只要测出特征X射线的波长，就可确定相应元素的原子序数。 因为某种元素的特征X射线强度与该元素在样品中的浓度成比例，所以只要测出这种特征X射线的强度，就可计算出该元素的相对含量。 这就是利用电子探针仪作定性、定量分析的理论根据。,供分析X射线谱仪用的波谱仪有旋转式波谱仪和直进式波谱。1)旋转式波谱仪 如图所示，它用磨制的弯晶(分光晶体)，将光源(电子束在样品上的照射点)发射出的射线束会聚在X射线探测器的接收狭缝处。通过将弯晶沿聚焦(罗兰Rowland)圆转动来改变角的大小，探测器也随着在聚焦圆上作同步运动。光源、弯晶反射面和接受狭缝始终都座落在聚焦圆的圆周上。,旋转式波谱

8、仪虽然结构简单，但有三个缺点： a)其出射角 是变化的，若2 1，则出射角为2的x射线穿透路程比较长，其强度就低，计算时须增加修正系数，比较麻烦； b) X射线出射窗要设计得很大 c)出射角越小，X射线接受效率越低。,2) 直进式波谱仪 特点是X射线出射角固定不变，弥补了旋转式波谱仪的缺点。因此，虽然在结构上比较复杂，但它是目前最常用的一种谱仪。如图所示，弯晶在某一方向上作直线运动并转动，探测器也随着运动。聚焦圆半径不变，圆心在以光源为中心的圆周上运动，光源、弯晶和接收狭缝也都始终落在聚焦圆的圆周上,由光源至晶体的距离L(叫做谱仪长度)与聚焦圆的半径有下列关系： L=2Rsin=R/d 所以，

9、对于给定的分光晶体，L与存在着简单的线性关系。因此，只要读出谱仪上的L值，就可直接得到值。,在波谱仪中，是用弯晶将X射线分谱的。因此，恰当地选用弯晶是很重要的。晶体展谱遵循布喇格方程2dsin=。显然，对于不同波长的特征X射线就需要选用与其波长相当的分光晶体。对波长为0.05-10nm的X射线，需要使用几块晶体展谱。选择晶体的其他条件是晶体的完整性、波长分辨本领、衍射效率、衍射峰强度和峰背比都要高，以提高分析的灵敏度和准确度。,电子探针分析方法及应用 1. 定点分析： 将电子束固定在要分析的微区上，用波谱仪分析时，改变分光晶体和探测器的位置，即可得到分析点的X射线谱线；用能谱仪分析时，几分钟内

10、即可直接从荧光屏（或计算机）上得到微区内全部元素的谱线。 2. 线分析： 将谱仪（波、能）固定在所要测量的某一元素特征X射线信号（波长或能量）的位置把电子束沿着指定的方向作直线轨迹扫描，便可得到这一元素沿直线的浓度分布情况。改变位置可得到另一元素的浓度分布情况。 3. 面分析： 电子束在样品表面作光栅扫描，将谱仪（波、能）固定在所要测量的某一元素特征X射线信号（波长或能量）的位置，此时，在荧光屏上得到该元素的面分布图像。改变位置可得到另一元素的浓度分布情况。也是用X射线调制图像的方法。,电子探针仪的实验方法 1 电子探针仪的操作特点 总的来说，除了与检测X射线信号有关的部件以外，电子探针仪的总

11、体结构与扫描电镜十分相似。,(1) 加速电压的选择 入射电子的能量E0取决于电子枪加速电压，后者一般为350keV，即E0=35keV。因为由样品内激发产生的某一特定谱线强度随过电压比E0/Ec (Ec为临界电离激发能)的增高而增大。所以，分析过程中加速电压的具体选择，因待分析元素及其谱线的类别(K系或L系、M系)而异。,一般情况下，当同时分析几个元素时，E0必须大于所有元素的Ec，对其中Ec最高的元素来说。考虑到X射线谱仪的波长检测范围，特别是在0.071nm范围以内检测效果最好，也为了防止某些元素谱线之间因波长差异不大而相互干扰，有时必须选用特定的谱系进行分析。这样，E0应是相应跃迁始态的

12、临界电离激发能，如Ec(K)或Ec(L)等。,(2) 入射电子束流的选择 为了提高X射线信号强度，电子探针仪必须采用较大的入射电子束流。由于电子流高度密集条件的空间电荷效应，束流 I 的增大势必造成最终束斑尺寸dp的扩大，从而影响分析的空间分辨率 dx=dp+Ds 式中，Ds为电子在样品内的侧向扩展，它随加速电压和样品被测区域的平均原子序数而异。,但无限制地减少束斑直径dp，其意义也不大，例如将dp缩小到0.25m以下对改善dx没有明显的影响。所以，采用尽可能低的电压操作(当然至少满足E0Ec)才是降低dx的有效措施。因此，在确保有限的dp尺寸条件下尽可能提高束流i，不仅为提高讯号强度所必需，

13、也是完全可能的。通常选用dp=0.5 m的束斑，这时束流i远较扫描电镜高，在10-910-7A范围内。,(3) 光学显微镜的作用 为了便于选择和确定分析点，电子探针仪的镜筒内装有与电子束同轴的光学显微镜观察系统(100400倍)，确保光学显微镜图象中由垂直交叉线所标记的样品位置恰与电子束轰击点精确重合。,(4)样品室的特殊要求 电子探针定量分析要求在完全相同的条件下，对未知样品和待分析元素的标样测定特定谱线的强度，样品台常可同时容纳多个样品座，分别装置样品和标样，后者可有十几个。 一般情况下，电子探针分析要求样品平面与入射电子束垂直，即保持电子束垂直入射的方向。所以，样品台除了可作X、Y轴方向

14、的平移运动外，一般不作倾斜运动，对于定量分析更是如此。,(5) 定量分析的数据处理 利用电子探针仪进行微区成分的定量分析，即把某元素的特征X射线测量强度换算成百分浓度时，涉及X射线信号发生和发射过程中的许多物理现象，十分敏感地受到样品本身化学成分的影响，需要一整套复杂的校正计算。 对于原子序数高于10、浓度高于10%左右的元素来说，定量分析的相对精度约为1%5%。但对于原子序数低于10的一些轻元素或超轻元素来说，无论从定性还是定量分析的角度来看，尚有许多方面需要改善和提高。,2 电子探针仪的样品制备 电子探针仪的样品制备相对扫描电镜来说稍嫌麻烦。样品质量的好坏，对分析结果影响很大。因此，对用于

15、电子探针分析的样品应满足下列三点要求： (1) 必须严格保证样品表面的清洁和平整 (2) 样品尺寸适宜放入电子探针仪样品室 (3) 样品表面须具有良好的导电性,3 电子探针仪的分析方法(1)定点元素全分析(定性或定量) 首先用同轴光学显微镜进行观察，将待分析的样品微区移到视野中心，然后使聚焦电子束固定照射到该点上。以波谱仪为例，这时驱动谱仪的晶体和检测器连续地改变L值，记录X射线信号强度I随波长的变化曲线，如图4-81b)所示。 检查谱线强度峰值位置的波长，即可获得所测微区内含有元素的定性结果。 通过测量对应某元素的适当谱线的X射线强度就可以得到这种元素的定量结果。,(2)线扫描分析 在光学显

16、微镜的监视下，把样品要检测的方向调至x或y方向，使聚焦电子束在试样扫描区域内沿一条直线进行慢扫描，同时用计数率计检测某一特征X射线的瞬时强度。若显象管射线束的横向扫描与试样上的线扫描同步，用计数率计的输出控制显象管射线束的纵向位置，这样就可以得到某特征X射线强度沿试样扫描线的分布。,图4-86,电子探针定量分析的基本概念,定量分析的目的是要求出试样中某元素的浓度(重量百分数)，它的依据是某元素的x射线强度与该元素在试样中的浓度成比例。为了排除谱仪在检测不同元素谱线时条件不同所产生的影响，一般采用成分精确已知的标样。在定量分析的实验操作中，必须在完全相同的入射激发和接收条件下精确地测量未知样品和

17、标样中同一元素A的同名特征谱线（通常是K线，对高原子序数的元素也可采用或L）强度。,(2) 能量色散谱仪(简称能谱仪) 波谱仪是用分光晶体将X射线波长分散开来分别加以检测，每一个检测位置只能检测一种波长的X射线。而能谱仪与此不同，它是按X射线光子能量展谱的。,X射线能量色散谱,其原理是跟波长色散谱仪一样：用细聚焦电子束入射样品表面，激发出样品元素的特征X射线，分析特征X射线的特征能量即可知道样品中元素的种类（定性分析），分析X射线的强度，则可知道样品中对应元素含量的多少（定量分析）。,1、概 述,能谱仪（EDS）的工作原理,Si(Li)X射线能谱仪的结构框图,能谱仪（EDS）的工作过程,来自样

18、品的X射线信号穿过薄铍窗进入被冷冻的，反偏的p-I-n(p型-本征型-n型)锂漂移硅检测器中。每吸收一个X射线光子就会打出一个光电子，光电子的大部分能量用于形成若干个空空-电子对。电子-空空对在外加偏压下移动而形成电荷脉冲，此脉冲经电荷灵敏的前置放大器转换成放大的电荷脉冲。信号经主放大器进一步放大、整形、最后送入多道脉高分析器（MCA）在那里脉冲按电压值被分类。脉冲的电压分布可显示在CRT上记录仪上，或者直接存于计算机中，或者转送到计算机中作过一步处理，如识别和定量分析。,能谱仪（EDS）的性能指标,能量分辨率 能量分辨率是仪器分辨能量相近的特征谱线的能力。,Mn的K谱峰,其它性能指标,(1)

19、峰背比（P/B）峰背比是衡量探测器性能指标之一，它用MnK峰峰位处（5.898keV）计数与1keV处计数之比来表示。测定时探测器不要插入电镜接口，用Fe55放射源采集Mn的K谱线，要求5.898keV处计累计达10万以上，测得的峰背比一般要求优于1500：1。(2)峰位漂移它是衡量放大器性能的指标之一，当计数率从1keps增加到20keps时，MnK峰位漂移一般应小于5eV.(3)长期工作稳定性和温度稳定性这是衡量多道分析器性能的指标。长期工作稳定性要求在室温下连续工作24小时，道位置漂移不超过1道 。温度稳定性要求在+5C+45C范围内零点（指第零道下边界对应于输入脉冲多少伏）温度漂移不大

20、于150V/C,能谱仪（EDS）的应用,化学成分分析 对样品进行化学成分分析是能谱仪的主要应用。分析结果的准确度不如化学方法，也不如波谱法，但它突出的优点是快速，全谱一次收集，分析一个样品只需几分钟至几十分钟，而波谱法要几十分钟至几个小时；不破坏样品，而化学方法往往要破坏样品；可以把样品的成分和形貌、乃至结构结合在一起进行综合分析 ；而其他方法对这一条是无能为力的。,单元素的线扫描,单元素的面分布,(3) 能谱仪的特点 1) 能谱仪所用的Si(Li)探测器尺寸小，可以装在靠近样品的区域。这样，X射线出射角大，接收X射线的立体角大，X射线利用率高，可达10000脉冲/s10-9A。能谱仪在低束流

21、情况下(10-10-10-12A)工作，仍能达到适当的计数率。电子束流小，束斑尺寸小、采样的体积也较小，最少可达0.1m3，而波谱仪大于1m3。2)分析速度快，可在2-3分钟内完成元素定性全分析。,3) 能谱仪工作时，不需要象波谱仪那样聚焦，因而不受聚焦圆的限制，样品的位置可起伏2-3mm，适用于粗糙表面成分分析。4) 工作束流小，对样品的污染作用小。5) 能进行低倍X射线扫描成象，得到大视域的元素分布图。6) 分辨本领比较低，只有150eV(波谱仪可达10eV)；7) 峰背比小，一般为100，而波谱仪为1000；8)Si(Li)探测器必须在液氮温度下使用，维护费用高，用超纯锗探测器虽无此缺点

22、，但其分辨本领低。,WDS与EDS的比较,扫描电镜与能谱分析,图3-7 设计的铝黄铜在NaCl溶液中腐蚀形貌及能谱分析(线扫描)a Cu-Zn-Al-Ni-As-B线扫描, b Cu-Zn-Al-Ni-B-RE线扫描,c Cu-Zn-Al-Ni-As-B-RE线扫描,c,a,稀土铝黄铜的腐蚀产物覆盖完整而均匀，其厚度约为4m；而含砷铝黄铜的腐蚀产物层很薄（不到1m），而且覆盖不完整，其局部的腐蚀产物已经脱落，使得合金基体重新暴露出来，而再次被腐蚀。这与表面腐蚀形貌的观测结果是一致的。,扫描电镜与能谱分析,b,图3-8 设计的铝黄铜在NaCl（3.5%）溶液中腐蚀形貌及能谱分析（点扫描）a Cu

23、-Zn-Al-Ni-B-RE b Cu-Zn-Al-Ni-As-B-RE表层 c Cu-Zn-Al-Ni-As-B-RE内层,c,a,元素的分布特征与线扫面的结果基本一致,扫描电镜与能谱分析,图3-10 Cu-Zn-Al-Ni-B-RE合金在NaCl（3.5%）+Na2S（1g/L）中腐蚀后的能谱分析,Cu-Zn-Al-Ni-B-RE合金在NaCl（3.5%） +Na2S溶液中浸泡腐蚀30天后的，其表面形成了一层致密的硫化物，将腐蚀介质与合金基体隔离开来，抑制了腐蚀的进行，起到了对基体的保护作用。,扫描电镜与能谱分析,a,图3-11 设计的铝黄铜在NaCl（3.5%）+Na2S溶液中腐蚀形貌及

24、能谱分析(线扫描)a Cu-Zn-Al-Ni-As-B线扫描， b Cu-Zn-Al-Ni-B-RE线扫描， c Cu-Zn-Al-Ni-As-B-RE线扫描,c,三种合金之中，以Cu-Zn-Al-Ni-B-RE合金的腐蚀速率最小，Cu-Zn-Al-Ni-As-B合金的腐蚀速率最大。这个推测与失重法的实验结果实完全吻合的。,扫描电镜与能谱分析,图3-12 设计的铝黄铜在NaCl+Na2S溶液中腐蚀形貌及能谱分析(点扫描)a Cu-Zn-Al-Ni-B-RE b Cu-Zn-Al-Ni-As-B-RE,b,a,扫描电镜与能谱分析,图3-13 设计的铝黄铜在NaCl+NH4Cl溶液中腐蚀形貌及能谱

25、分析(线扫描)a Cu-Zn-Al-Ni-As-B线扫描,b Cu-Zn-Al-Ni-B-RE线扫描,c Cu-Zn-Al-Ni-As-B-RE线扫描,由线扫描的结果可以看出，三者的腐蚀产物存在着一些共同点：表层为Cu、N、Cl、O的富集区，重元素Cu在外区间的富集使其相对于内层有较高的亮度；而内层则主要是Al和O的富集。,扫描电镜与能谱分析7,图3-14 设计的铝黄铜在NaCl+NH4Cl溶液中腐蚀形貌及能谱分析（点扫描）a Cu-Zn-Al-Ni-B-RE b Cu-Zn-Al-Ni-As-B-RE表层 c Cu-Zn-Al-Ni-As-B-RE内层,b,c,a,点扫描的结果显示了Al的在

26、腐蚀层的内层的含量达到了基体名义含量的10倍以上。,扫描电镜与能谱分析8,图3-15 设计的锡黄铜在NaCl（3.5%）溶液中腐蚀形貌及能谱分析(线扫描)a Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.05RE线扫描,b Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.1RE线扫描,d,Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.05RE合金腐蚀产物层的线扫描的结果可以看出，Cu在腐蚀产物中贫化，而Zn、Al、O、Cl富集。,扫描电镜与能谱分析,设计的铝黄铜在NaCl溶液中腐蚀形貌及能谱分析(点扫描)a Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.05RE b Cu-Zn-

27、Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.1RE,a,c,b,扫描电镜与能谱分析,c,a,图3-17 设计的锡黄铜在NaCl+Na2S溶液中腐蚀形貌及能谱分析(线扫描) a Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.05RE腐蚀形貌 b Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.05RE线扫描c Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.1RE腐蚀形貌 d Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.1RE线扫描,扫描电镜与能谱分析,c,a,图3-19 设计的锡黄铜在NaCl（3.5%）+NH4Cl（0.5mol/L）溶液中腐蚀形貌 a Cu-Zn-Sn-Al-Ni-

28、B-Mn-Sb-0.05RE腐蚀形貌 b Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.05RE线扫描c Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.1RE腐蚀形貌 d Cu-Zn-Sn-Al-Ni-B-Mn-Sb-0.1RE线扫描,d,b,(3)面扫描分析 聚焦电子束在试样表面进行面扫描，将X射线谱仪调到只检测某一元素的特征X射线位置，用X射线检测器的输出脉冲信号控制同步扫描的显象管扫描线亮度，在荧光屏上得到由许多亮点组成的图象。亮点就是该元素的所在处。因此根据图象上亮点的疏密程度就可确定某元素在试样表面上分布情况。将X射线谱仪调整到测定另一元素特征X射线位置时就可得到那一成分的面

29、分布图象。,水泥熟料的SEM,Ca的面分布,Al的面分布,Si的面分布,Mg的面分布,Fe的面分布,入射电子束和物质作用，可以激发出原子的内层电子。外层电子向内层跃迁过程中所释放的能量，可能以X光的形式放出，即产生特征X射线，也可能又使核外另一电子激发成为自由电子，这种自由电子就是俄歇电子。对于一个原子来说,激发态原子在释放能量时只能进行一种发射：特征X射线或俄歇电子。原子序数大的元素，特征X射线的发射几率较大，原子序数小的元素，俄歇电子发射几率较大，当原子序数为33时，两种发射几率大致相等。因此，俄歇电子能谱适用于轻元素的分析。 如果电子束将某原子K层电子激发为自由电子，L层电子跃迁到K层，

30、释放的能量又将L层的另一个电子激发为俄歇电子，这个俄歇电子就称为KLL俄歇电子。同样，LMM俄歇电子是L层电子被激发，M层电子填充到L层，释放的能量又使另一个M层电子激发所形成的俄歇电子。,俄歇电子能谱基本原理,对于原子序数为Z的原子,俄歇电子的能量可以用下面经验公式计算： EWXY(Z)=EW(Z)-EX(Z)-EY(Z+)-(1)式中， EWXY(Z)：原子序数为Z的原子，W空穴被X电子填充得到的俄歇电子Y的能量； EW(Z)-EX(Z)：X电子填充W空穴时释放的能量； EY(Z+)：Y电子电离所需的能量。,因为Y电子是在已有一个空穴的情况下电离的，因此，该电离能相当于原子序数为Z和Z+1

31、之间的原子的电离能。其中=1/2-1/3。根据式(1)和各元素的电子电离能，可以计算出各俄歇电子的能量，制成谱图手册。因此，只要测定出俄歇电子的能量，对照现有的俄歇电子能量图表，即可确定样品表面的成份。由于一次电子束能量远高于原子内层轨道的能量，可以激发出多个内层电子，会产生多种俄歇跃迁，因此,在俄歇电子能谱图上会有多组俄歇峰，虽然使定性分析变得复杂，但依靠多个俄歇峰,会使得定性分析准确度很高，可以进行除氢氦之外的多元素一次定性分析。同时,还可以利用俄歇电子的强度和样品中原子浓度的线性关系,进行元素的半定量分析,俄歇电子能谱法是一种灵敏度很高的表面分析方法。其信息深度为1.0-3.0nm, 是

32、一种很有用的分析方法。,AES最主要的应用是进行表面元素的定性分析。AES谱的范围可以收集到20-1700eV。因为俄歇电子强度很弱，用记录微分峰的办法可以从大的背景中分辨出俄歇电子峰，得到的微分峰十分明锐，很容易识别。当然，在分析AES谱时，要考虑绝缘薄膜的荷电位移效应和相邻峰的干扰影响。与XPS相似，AES也能给出半定量的分析结果。这种半定量结果是深度为1-3nm表面的原子数百分比。,AES法也可以利用化学位移分析元素的价态。但是由于很难找到化学位移的标准数据，因此，谱图的解释比较困难。要判断价态,必须依靠自制的标样进行。由于俄歇电子能谱仪的初级电子束直径很细，并且可以在样品上扫描。因此，

33、它可以进行定点分析，线扫描，面扫描和深度分析。在进行定点分析时，电子束可以选定某分析点，或通过移动样品，使电子束对准分析点，可以分析该点的表面成份，化学价态和进行元素的深度分布。电子束也可以沿样品某一方向扫描，得到某一元素的线分布，并且可以在一个小面积内扫描得元素的面分布图。利用氩离子枪剥离表面，俄歇电子能谱仪同样可以进行深度分布。由于它的采样深度比XPS浅,因此，可以有比XPS更好的更深度分辨率。进行深度分析也是俄歇电子能谱仪的最有用功能,离子探针,基本工作原理：将离子源产生的一次离子聚细加速打在固体样品表面上产生正、负二次离子，将这些二次离子引入质谱仪，经放大后记录下质荷比（m/e）及其强

34、度，从而进行表面和体内微量元素分析及纵向浓度分析。特点和主要用途：离子探针兼有电子探针、火花型质谱仪以及俄歇电子能谱仪的特点。可高灵敏度地分析包括氢在内的轻元素，特别是分析氢，是其它仪器所不具备的“特异功能”。可以探测微量元素（硅中硼的探测极限50PPb），也可以探测电子探针显微分析方法检测极限以下的微量元素，研究其局部分布和偏析。还可以作为同位素分析。可以分析极薄表面层和表面吸附物，表面分析时还可以进行纵向的浓度分析。广泛应用于金属、半导体、催化剂、表面、薄膜等领域中以及环保科学、空间科学和生物化学等研究部门。,当一束高能粒子与原子相互作用时，如果其能量大于或等于原子某一轨道电子的结合能，将

35、该轨道电子逐出，对应的形成一个空穴，使原子处于激发状态。K层电子被击出称为K激发态，同样L层电子被击出称为L激发态。此后在很短时间内，由于激发态不稳定，外层电子向空穴跃迁使原子恢复到平衡态，以降低原子能级。当空穴产生在K层，不同外层的电子（L、M、N层）向空穴跃迁时放出的能量各不相同，产生的一系列辐射统称为K系辐射。同样，当空穴产生在L层，所产生一系列辐射则统称为L系辐射。当较外层的电子跃迁（符合量子力学理论）至内层空穴所释放的能量以辐射的形式放出，便产生了X 荧光。X荧光的能量与入射的能量无关，它只等于原子两能级之间的能量差。由于能量差完全由该元素原子的壳层电子能级决定，故称之为该元素的特征

36、X射线，也称荧光X射线或X荧光。,X射线荧光光谱仪原理,利用荧光X射线进行元素定性、定量分析工作，需要以下三方面的理论基础知识：（一）莫塞莱定律 莫塞莱定律(Moseleys law)，是反映各元素X射线特征光谱规律的实验定律。1913 年H.G.J.莫塞莱研究从铝到金的38种元素的X射线特征光谱K和L线，得出谱线频率的平方根与元素在周期表中排列的序号成线性关系。 莫塞莱认识到这些X 射线特征光谱是由于内层电子的跃迁产生的，表明X射线的特征光谱与原子序数是一一对应的，使X荧光分析技术成为定性分析方法中最可靠的方法之一。（二）布拉格定律 布拉格定律(Braggs law)是反映晶体衍射基本关系的

37、理论推导定律。1912年英国物理学家布拉格父子(W.H. Bragg和W.L. Bragg)推导出了形式简单，能够说明晶体衍射基本关系的布拉格定律。此定律是波长色散型X荧光仪的分光原理，使不同元素不同波长的特征X荧光完全分开，使谱处理工作变得非常简单，降低了仪器检出限。,（三）比尔-朗伯定律 比尔-朗伯定律（Berr-Lamberts law）是反应样品吸收状况的定律，涉及到理论X射线荧光相对强度的计算问题。当X射线穿过物质时，由于物质产生光电效应、康普顿效应及热效应等，X射线强度会衰减，表现为改变能量或者改变运动方向，从而使向入射X射线方向运动的相同能量X射线光子数目减少，这个过程称作吸收。

38、 对于任意一种元素，其质量吸收系数 随着波长的变化有着一定数量的突变，当波长（或者说能量）变化到一定值时，吸收的性质发生了明显变化，即 发生突变，发生突变的波长称为吸收限（或称吸收边），在各个吸收限之间，质量吸收系数随波长的增加而增大。对于X射线荧光分析技术来说，原级射线传入样品的过程中要发生衰减，样品被激发后产生的荧光X射线在传出样品的过程中也要发生衰减，由于质量吸收系数的不同，使得元素强度并不是严格的与元素浓度成正比关系，而是存在一定程度的偏差。因而需要对此效应进行校正，才能准确的进行定量分析。,X射线荧光光谱仪就是应用这些理论基础，结合电子、机械、控制及数据处理等多学科知识形成的元素成份定性、定量分析的测试仪器。X射线荧光光谱仪作为一种常规的元素成份测试仪器。,6.电子背散射衍射分析系统EBSP/OIM(EBSD)（Electron Backscattering Diffraction）,1.采用六方网格采样自动完成OIM扫描，进行晶体学/织构分析功能，如晶粒，晶界分析； 应变形变分析等2.能同时采集X射线(成分)与结构(OIM/EBSP)信号（快速相鉴定的必要条件）,