背散射电子对扫描电子显微镜的成像作用

       与光学显微镜不同，扫描电子显微镜（SEM）利用电子而不是光线生成所研究样品的图像。为了理解扫描电镜的工作原理，我们必须了解背散射电子（BSEs）。

       背散射电子是高能电子，可用于获取样品各元素分布的高分辨率图像。

       为了描述背散射电子是如何发挥作用的，可以假设围绕地球旋转的小行星不受万有引力作用发生偏移回到太空。同样，当样品被原子轰击时，一些带负电的电子不受带正电的原子核吸引，被反射或“背散射”出样品。

入射电子与原子核相互作用后散射示意图

       背散射电子的产生随元素质量的不同而不同。一般来说，较重的元素其原子核更大，对入射电子的偏转作用比较轻的元素更强烈。因此，与较轻的元素（如硅，其原子序数Z=14）相比，较重的元素（如银，其原子序数Z=47）在扫描电镜成像中显得更亮，因为更多的背散射电子从样品表面射出。

扫描电镜下的太阳能电池成像，与较轻元素硅相比，较重元素银显得更亮。

       通常将探测器直接置于样品上方检测背散射电子，这种探测器由半导体材料构成（通常是硅）。撞击探测器的背散射电子激发硅电子，形成电子空穴对。半导体探测器只对高能电子敏感，因此可用于检测背散射电子。

       背散射电子产生的自由电子和电子空穴对可以在重组前被分离，从而产生电流。该电流可以通过电子电路进行测量，Z终将其转换为关于样品元素信息的高分辨率图像。

       背散射电子图像质量可以根据研究人员的目标随意调节。例如，使用更高的加速电压，电子穿透深度会增加，使得样品表面的薄膜层难以观察。如果研究人员想要研究样品表面薄膜层，就必须使用较低加速电压的入射电子束。

       5kV 和15kV加速电压下锡球样品的及其上的碳泥片背散射电子成像。碳泥片很暗，在15kV的加速电压下难以观察。

       背散射电子可用于获取样品元素的高分辨率图像。通过清楚地了解背散射电子的工作原理和操纵变量，用户可以获取高分辨率图像用于研究所需。

（来源：赛默飞世尔材料与结构分析）