FMA实验室分析技术介绍
作者：周兰珠
2001 .10.15
目录
第一章扫描电子显微镜分析
一、 概述
二、 固体试样受入射电子激发产生的信号 三、 扫描电镜的工作原理 四、 S4200分析实例 第二章特征X射线能谱分析技术
一、 概述
二、 特征X射线的产生及分类 三、 EDS分析原理 四、 EDS分析实例介绍 第三章实验室其它分析技术介绍
一、 用磨角染色法分析扩散层或外延层厚度 二、 阳极氧化分析技术介绍
附录：《SHU267B SEM整体形貌分析报告》
第一章扫描电子显微镜分析
一、概述
扫描电子显微镜，简称扫描电镜(Scanning Electro n Microscope, SEM)。其基本原理是用聚 焦的高能电子束在试样表面逐点扫描，当电子束与样品表面相互作用时，将激发出各种物理信号， 其中包括携带样品表面形貌信息的二次电子，代表了样品表面微区化学成分的特征 背散射电子、俄歇电子、吸收电子等。二次电子和特征
与其他显微镜相比，扫描电镜具有以下特点：
X射线，以及
X射线是扫描电镜最常用的信息，通过对
这些信号的接受处理，可进行样品表面和剖面的形貌观察，对微区的化学成分进行定性或半定量 的分析。
1. 景深大
扫描电镜的景深比光学显微镜大几百倍，比透射电镜大
10倍，因此特别适合于粗糙表面的分
析观察。由于景深大，图象富有真实感、立体感，易于识别和解释。
2. 放大倍数连续可调
扫描电镜可在很宽的范围内连续调节放大倍数，一般为十几倍到 随意变换和连续观察，便于低倍普查和高倍细节观察结合进行。
50万倍。聚焦一经调好，可
3. 分辨率高
一般在30A-60A之间，而光学显微镜仅 2000A。 4. 工作距离大。
一般在5 mm-30mm之间，普通光学显微镜仅2-3mm，因此扫描电镜可直接观察大尺寸
(受试
样室入口限制)的试样，并且由于电镜试样室空间大，必要时可对样品进行倾斜和旋转，便于各 个角度观察。
5. 与其他附件连接可进行多种功能分析。
例如，和X射线能谱仪连接后，可在观察微区形貌的同时进行微区成分分析。
二、固体试样受入射电子激发产生的信号
高能电子入射固体试样，与原子核和核外电子发生弹性和非弹性散射过程，将激发出图 示的各种信号
入射电子束
(Primary Electron Beam)
特征X射线
(Characteristic X-Ray)
俄歇电子(Auger Electron
二次电子
(Secon dary Electron
背散射电子(Backscattered Electron )
电子束感生电流
(Electron Beam Induced Current)
Specime n
吸收电子(Absorb Electron ) 图1.电子束作用于样品表面时产生的信息
-3 -
下面介绍扫描电镜用做表面观察时常用的信号。
1. 二次电子（Secondary Electron
入射电子将固体样品原子的核外电子击出，使原子电离，这个过程称单电子激发。
二次电子是单电子激发过程中，被入射电子激发出的样品原子的核外电子。绝大部分二次电子来 自于价电子激发，因而其能量很低，一般都小于
次电子是 SEM分析用作形貌观察时最常用的信息。
50ev，能量分布的峰值约在 25ev左右（见图2）。由于
二次电子能量低，所以其只能从样品表面100A以内的表层激发出来，因此二次电子对表面信息非常敏 感。通常，二
Theory of Scanning Electron Microscope
(lnddcnl brans coicrgy; I OfcOIMteV),
nErgy gpwtiruni Zthe EkUrpiK emitted frptn it specimeii 丿
图2二次电子与背散射电子的能量分布
2■背散射电子
背散射电子是入射电子进入试样后，被试样表层原子散射，又重新反射出来的一部分入射电 子，分为弹性和非弹性背散射电子。前者指入射电子受到原子核大角度散射后又反射回来，仅改 变了运动的方向，无能量损失。后者指入射电子与核外电子发生非弹性散射，如激发等离子、轫 致辐射、内层电子激发、价电子激发等，使入射电子的能量不同程度地受到损失，经过多次散射 后，又从表面反射回来。因此，非弹性背散射电子既改变了运动方向，又有不同程度的能量损失。
利用背散射电子成像时，接受的信号是从 背散射电子像反映试样表面较深处的情况。
1000-10000A试样深度内背射出来的电子，因此,
3■电子束感应电流
高能电子被固体样品吸收时，将在样品中激发产生许多自由电子和相同数量的正离子，即形成 电子、空穴对。由于半导体中，电子空穴对复合时间较长，如在试样上加一电场，它们将向相反电 极运动，则外电路就会有电流通过，称此电流为 电子束感应电流。利用外部检测电路收集并放大这 个电流信号，调制与电子束同步扫描的显象管的亮度，
就可在屏幕上得到一幅束感应电流图象。
禾
I」
用该图象，可进行半导体集成电路的失效分析，如晶体缺陷、
PN结剖面结构、电路局部失效等。
在扫描电镜中，利用相应探测器收集上述信号，转化成图象后，就可得到试样的表面信息。
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