[发明专利]扫描电镜薄样品透射过滤-反射接收式衬度分离成像方法

说明书

技术领域

本发明在扫描电子显微镜（SEM）中，采用入射电子穿透薄样品，接收反射信号的成像方式，减小入射电子在样品中的多重非弹性散射过程，增强低能二次电子（SE）及高能弹性背散射电子（BSE）的发射几率，抑制非弹性散射电子信号的形成和收集，以此分离形貌衬度与通道衬度，或形貌衬度与成分衬度，获得增强的单一衬度的SE像和BSE像。

背景技术

扫描电子显微镜（SEM）是各类固体材料微观特征表征的高分辨成像和综合分析设备，可获得材料微观形貌，晶体结构及取向，化学谱和光谱等丰富信息。因此，SEM在多种学科领域和工程技术中得到了广泛应用，如材料，物理，化学，纳米技术，电子及IT产业，机械，生物，医学，环境能源，建筑，石油化工，地矿，食品，农业，纺织，林业，刑警侦破，遗产保护等。

在SEM中入射电子与固体样品相互作用产生多种信号（图2），包括二次电子（SE），背散射电子（BSE），吸收电子（AE），特征X射线，阴极荧光，电子束诱导电流，透射电子（TE）等。其中最主要的成像信号是SE和BSE。

SE是样品原子的外层（价带或导带）电子受入射电子激发后逸出表面的自由电子。SE能量低（峰值2～5eV，90%的能量<10eV），逃逸深度浅（5～10nm，约为BSE的1/100）（图2（b）），携带样品表面信息，形成形貌像。SE信号通常由标准的闪烁体-光电倍增管二次电子（ET-SE）探测器接收。通常把<50eV的电子统称为SE（图3）。总SE信号（SE_T）包括SE₁，SE₂和SE₃（图4和公式1），其中SE₁是入射电子（PE）直接激发产生的SE，称为真二次电子，能量<10eV，形成高分辨形貌像；SE₂是BSE在发射过程中，激发样品原子电离而产生的SE；SE₃是发射出样品表面的BSE与样品室内物镜极靴等碰撞后产生的二次电子。SE₂和SE₃通常形成SE像中的背景噪声。

SE_T=SE₁+SE₂+SE₃   （1）

BSE是入射电子与样品原子碰撞，发生弹性和多次非弹性散射后，重新逸出样品表面的部分入射电子。通常把50eV～E₀（E₀-入射电子能量）的电子统称为BSE（图3）。BSE能量分布广，逃逸深度可达几μm（图2（b））。BSE携带样品化学成分和晶体取向信息，形成成分衬度（原子序数衬度，Z-衬度）像和/或通道衬度（晶体取向衬度）像。BSE信号通常由标准的半导体或闪烁体式探测器（BSE探测器）接收。

此外，SEM中的成像信号还有：AE（入射电子进入样品经多次非弹性散射被样品吸收的部分入射电子），AE像与SE和BSE像形成相反的衬度；以及TE（样品厚度小于电子有效穿透深度时，通常≤200nm，穿透薄膜的部分入射电子），TE强度取决于薄膜厚度，成分，晶体取向和缺陷等，形成质厚衬度和衍射衬度等。总之，对于导电样品，或表面喷涂导电膜的非导电样品，输入和输出样品的电子流总量在样品中达到平衡（公式2）。接收不同的信号，可形成不同的衬度像，获得材料的不同信息。

i₀=i_SE+i_BSE+i_SC+i_TE   （2）