实验6 电子探针（能谱仪）结构原理及分析方法
一、实验目的与任务
1) 结合电子探针仪实物，介绍其结构特点和工作原理，加深对电子探针的了解。
2)选用合适的样品，通过实际操作演示，以了解电子探针分析方法及其应用。
二、电子探针的结构特点及原理
电子探针X射线显微分析仪(简称电子探针)利用约1Pm的细焦电子束，在样品表层微区内激发元素的特征X射线，根据特征X射线的波长和强度，进行微区化学成分定性或定量分析。电子探针的光学系统、真空系统等部分与扫描电镜基本相同，通常也配有二次电子和背散射电子信号检测器，同时兼有组织形貌和微区成分分析两方面的功能。电子探针的构成除了与扫描电镜结构相似的主机系统以外，还主要包括分光系统、检测系统等部分。本实验这部分内容将参照第十四章，并结合实验室现有的电子探针，简要介绍与X射线信号检测有关部分的结构和原理。
三、实验方法及操作步骤
电子探针有三种基本工作方式：点分析用于选定点的全谱定性分析或定量分析，以及对其中所含元素进行定量分析；线分析用于显示元素沿选定直线方向上的浓度变化；面分析用于观察元素在选定微区内浓度分布。
1．实验条件
(1) 样品样品表面要求平整，必须进行抛光；样品应具有良好的导电性，对于不导电的样品，表面需喷镀一层不含分析元素的薄膜。实验时要准确调整样品的高度，使样品分析表面位于分光谱仪聚焦圆的圆周上。
(2) 加速电压电子探针电子枪的加速电压一般为3～50kV，分析过程中加速电压的选择应考虑待分析元素及其谱线的类别。原则上，加速电压一定要大于被分析元素的临界激发电压，一般选择加速电压为分析元素临界激发电压的2～3倍。若加速电压选择过高，导致电子束在样品深度方向和侧向的扩展增加，使X射线激发体积增大，空间分辨率下降。同时过高的加速电压将使背底强度增大，影响微量元素的分析精度。
(3) 电子束流特征X射线的强度与入射电子束流成线性关系。为提高X射线信号强
度，电子探针必须使用较大的入射电子束流，特别是在分析微量元素或轻元素时，更需选择大的束流，以提高分析灵敏度。在分析过程中要保持束流稳定，在定量分析同一组样品时应控制束流条件完全相同，以获取准确的分析结果。
2．定点分析
(1)全谱定性分析驱动分光谱仪的晶体连续改变衍射角 ，记录X射线信号强度随波长的变化曲线。检测谱线强度峰值位置的波长，即可获得样品微区内所含元素的定性结果。电子探针分析的元素范围可从铍(序数4)到铀(序数92)，检测的最低浓度(灵敏度)大致为0.01％，空间分辨率约在微米数量级。全谱定性分析往往需要花费很长时间。
(2) 半定量分析在分析精度要求不高的情况下，可以进行半定量计算。依据是元素的特征X射线强度与元素在样品中的浓度成正比的假设条件，忽略了原子序数效应、吸收效应和荧光效应对特征X射线强度的影响。实际上，只有样品是由原子序数相邻的两种元素组成的情况下，这种线性关系才能近似成立。在一般情况下，半定量分析可能存在较大的误差，因此其应用范围受到限制。
(3) 定量分析在此仅介绍一些有关定量分析的概念，而不涉及计算公式。
样品原子对人射电子的背散射，使能激发X射线信号的电子减少；此外入射电子在样品内要受到非弹性散射，使能量逐渐损失，这两种情况均与样品的原子序数有关，这种修正称为原子序数修正。由入射电子激发产生的X射线，在射出样品表面的路程中与样品原子相互作用而被吸收，使实际接收到的X射线信号强度降低，这种修正称为吸收修正。在样品中由入射电子激发产生的某元素的X射线，当其能量高于另一元素特征X射线的临界激发能量时，将激发另一元素产生特征X射线，结果使得两种元素的特征X射线信号的强度发生变化。这种由X射线间接地激发产生的元素特征X射线称为二次X射线或荧光X射线，故称此修正为荧光修正。
3．线分析
使入射电子束在样品表面沿选定的直线扫描，谱仪固定接收某一元素的特征X射线信号，其强度在这一直线上的变化曲线可以反映被测元素在此直线上的浓度分布，线分析法较适合于分析各类界面附近的成分分布和元素扩散。
实验时，首先在样品上选定的区域拍照一张背散射电子像(或二次电子像)，再把线分析的位置和线分析结果照在同一张底片上，也可将线分析结果照在另一张底片上，见图实6—1。图实6—1a是Al-4.0％Cu(质量分数)合金的背散射电子像，被选定的直线通过胞状a-A1晶粒，图实6—1b是CuK。X射线信号强度在此直线上的变化曲线。由图实6—1a和6—1b
可见，在较高的X射线强度所对应的位置是富Cu的A12Cu相；在a-A1晶粒内部X射线的强度较低，说明其固溶的Cu含量较少；在胞状ct-A1晶粒界面内侧存在一个约10 m宽的Cu贫化带。
4．面分析
使入射电子束在样品表面选定的微区内作光栅扫描，谱仪固定接收某一元素的特征X 射线信号，并以此调制荧光屏的亮度，可获得样品微区内被测元素的分布状态。元素的面分布图像可以清晰地显示与基体成分存在差别的第二相和夹杂物，能够定性地显示微区内某元素的偏析情况。在显示元素特征X射线强度的面分布图像中，较亮的区域对应于样品的位置该元素含量较高(富集)，暗的区域对应的样品位置该元素含量较低(贫化)。图实6-2是与图实6—1相同的样品区域所拍照的面扫描图像。图实6—2b可以清晰地显示Cu元素在样品微区的分布。
五、实验内容
根据实验室提供的实验样品，完成一个薄膜样品面扫描分析的全过程，包括试样制备、仪器操作、图像观察、记录。
六、思考题
1）简述电子探针的分析原理。
2）为什么电子探针应使用抛光样品？
3）举例说明电子探针在材料研究中的应用。
第十四章 X-射线光电子能谱法 14．1 引言 X-射线光电子谱仪（X-ray Photoelectron Spectroscopy，简称为XPS），经常又被称为化学分析用电子谱（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis，简称为ESCA），是一种最主要的表面分析工具。自19世纪60年代第一台商品化的仪器开始，已经成为许多材料实验室的必不可少的成熟的表征工具。XPS发展到今天，除了常规XPS外，还出现了包含有Mono XPS (Monochromated XPS, 单色化XPS，X射线源已从原来的激发能固定的射线源发展到利用同步辐射获得X射线能量单色化并连续可调的激发源), SAXPS ( Small Area XPS or Selected Area XPS, 小面积或选区XPS，X射线的束斑直径微型化到6μm) 和iXPS（imaging XPS, 成像XPS）的现代XPS。目前，世界首台能量分辨率优于1毫电子伏特的超高分辨光电子能谱仪（通常能量分辨率低于1毫电子伏特）在中日科学家的共同努力下已经研制成功，可以观察到化合物的超导电子态。现代XPS拓展了XPS的内容和应用。 XPS是当代谱学领域中最活跃的分支之一，它除了可以根据测得的电子结合能确定样品的化学成份外，XPS最重要的应用在于确定元素的化合状态。XPS可以分析导体、半导体甚至绝缘体表面的价态，这也是XPS的一大特色，是区别于其它表面分析方法的主要特点。此外，配合离子束剥离技术和变角XPS技术，还可以进行薄膜材料的深度分析和界面分析。XPS表面分析的优点和特点可以总结如下： ⑴固体样品用量小，不需要进行样品前处理，从而避免引入或丢失元素所造成的错误分析 ⑵表面灵敏度高，一般信息采样深度小于10nm ⑶分析速度快，可多元素同时测定 ⑷可以给出原子序数3-92的元素信息，以获得元素成分分析 ⑸可以给出元素化学态信息，进而可以分析出元素的化学态或官能团 ⑹样品不受导体、半导体、绝缘体的限制等 ⑺是非破坏性分析方法。结合离子溅射，可作深度剖析 目前，XPS主要用于金属、无机材料、催化剂、聚合物、涂层材料、纳米材料、矿石等各种材料的研究，以及腐蚀、摩擦、润滑、粘接、催化、包覆、氧化等过程的研究，也可以用于机械零件及电子元器件的失效分析，材料表面污染物分析等。 14.2 基本原理 XPS方法的理论基础是爱因斯坦光电定律。用一束具有一定能量的X射线照射固体样品，入射光子与样品相互作用，光子被吸收而将其能量转移给原子的某一壳层上被束缚的电子，此时电子把所得能量的一部分用来克服结合能和功函数，余下的能量作为它的动能而发射出来，成为光电子，这个过程就是光电效应。 该过程可用下式表示: hγ=E k+E b+E r（14.1） 式中: hγ：X光子的能量（h为普朗克常数，γ为光的频率）；
实验报告 电子能谱实验
实验报告 一、 实验名称 电子能谱实验 二、 实验目的 （1） 了解X 光电子能谱（XPS ）测量原理、仪器工作结构及应用； （2） 通过对选定的样品实验，初步掌握XPS 实验方法及谱图分析。 三、 实验原理 在现代材料分析中，表面问题是材料研究中很重要的部分。尤其是在微型材料、超薄 材料、薄膜材料和材料的表面处理等，都离不开表面科学。而X 光电子能谱（简称XPS ）则是一项重要的表面分析方法。一定能量的X 光作用到样品上，将样品表面原子中的不同能级的电子激发成为自由电子，这些电子带有样品表面信息，具有特征能量，研究这类电子的能量分布，即为X 光电子能谱分析。 （1）光电发射 在具体介绍XPS 原理时，先介绍光电发射效应。光电发射是指，在轨道上运动的电子收到入射的光子的激发而由发射出去成为自由电子的过程。对于固体样品光电发射的能量关系如下： 'b k sa E h E νφ=--（固体）（1） 其中b E 为相对于费米能级的结合能，h ν为光子的能量，'k E 为光电子的动能，sa φ为样品的功函数。 光电发射示意图如下： 原子能级结合能b E 对于原子来说是特征的，具有特异性，可以用它来标识原子及原子能级。 由样品发射的光电子最终将会被探测器俘获，对于探测器有如下能量关系：
b k sp E h E νφ=--（探测器）（2） 式中，sp φ为探测器的功函数。如下图所示： （二）化学位移 XPS 在进行定量分析的时候，有一项很重要的应用就是化学态分析，其中包括化学位移和化学能移。 化学位移是指由于原子处于不同的化学环境而引起的结合能的位移（b E ?）。如化合过程+X+Y=X Y -，X 、Y 因电子的转移引起结合能的变化。相应的电子能谱也会发生改变，通过这种方法，还可以区别同一类原子处于何种能态，这为表面分析提供了很大的便利。 （三）X 光电子能谱仪原理示意图 如下图所示，由X 射线源发出的X 射线入射到样品表面，激发出自由光电子。光电子经过半球形能量分析器后被探测器吸收。探测器将光电子的所携带的信息转化为电信号，由示波器收集并在电脑中显示出来。 XPS 测量原理示意图 X 光电子能谱仪结构示意图
电子探针在找矿方面的应用 一、电子探针-基本概念 电子探针仪是 X射线光谱学与电子光学技术相结合而 产生的。1948年法国的R.卡斯坦制造了第一台电子探针 仪。1958年法国首先制造出商品仪器。电子探针仪与扫 描电子显微镜在结构上有许多共同处。70年代以来生产 的电子探针仪上一般都带有扫描电子显微镜功能，有的还 附加另一些附件，使之除作微区成分分析外，还能观察和 研究微观形貌、晶体结构等。 用波长色散谱仪（或能量色散谱仪）和检测计数系统， 测量特征X射线的波长（或能量）和强度，即可鉴别元素 的种类和浓度。在不损耗试样的情况下，电子探针通常能 分析直径和深度不小于1微米范围内、原子序数4以上的 所有元素；但是对原子序数小于12的元素，其灵敏度较 差。常规分析的典型检测相对灵敏度为万分之一，在有些 情况下可达十万分之一。检测的绝对灵敏度因元素而异， 一般为10-14～10-16克。用这种方法可以方便地进行点、 线、面上的元素分析，并获得元素分布的图象。对原子序数高于10、浓度高于10％的元素，定量分析的相对精度优于±2％。 电子探针仪主要包括：探针形成系统 (电子枪、加速和聚焦部件等)、X射线信号检测系统和显示、记录系统、样品室、高压电源和扫描系统以及真空系统。 二、电子探针-结构特点 电子探针X射线显微分析仪(简称电子 探针)利用约1Pm的细焦电子束，在样品表 层微区内激发元素的特征X射线，根据特 征X射线的波长和强度，进行微区化学成 分定性或定量分析。电子探针的光学系统、 真空系统等部分与扫描电镜基本相同，通 常也配有二次电子和背散射电子信号检测器，同时兼有组织形貌和微区成分分析两方面的功能。电子探针的构成除了与扫描电镜结构相似的主机系统以外，还主要包括分光系统、检测系统等部分。 电子探针主要由电子光学系统（镜筒），X射线谱仪和信息记录显示系统组成。电子探针和扫描电镜在电子光学系统的构造基本相同，它们常常组合成单一的仪器。 电子光学系统 该系统为电子探针分析提供具有足够高的入射能量，足够大的束流和在样品表面轰击殿处束斑直径近可能小的电子束，作为X射线的激发源。为此，一般也采用钨丝热发射电子枪和2-3个聚光镜的结构。为了提高X射线的信号强度，电
俄歇电子能谱分析原理及方法 XXX 【摘要】近年来，俄歇电子能谱（AES）分析方法发展迅速，它具有很多的优点，比如分析速度快、精度高、需要样品少等等，也因此在很多研究领域的表面分析中都得到了广泛的应用。可以不夸张的说，这个技术为表面物理和化学定量分析奠定了基础。本文主要是介绍俄歇电子能谱分析的主要原理及其在科学研究中的主要应用，旨在让读者对俄歇电子能谱有一个初步的了解。 关键词：俄歇电子能谱；表面物理；化学分析。 前言 近些年来，俄歇电子能谱分析发展如火如荼，在各个领域都有很抢眼的表现。目前有很多的人在研究，将俄歇电子分析技术应用到电子碰撞以及微纳尺度加工等高技术领域，俄歇电子能谱分析方法表现出强大的生命力，同目前已为很人熟悉和赞赏的强有力的分析仪器电子探针相比俄歇电子能仪可能有几个独到之处:( 1 )能分析固体表面薄到只有几分之一原子层内的化学元素组成，这里说的“表面”指的不只是固体的自然表面,也指固体内颗粒的分界面,(2)俄歇电子谱的精细结构中包含有许多化学信自,借此可以推断原子的价态;( 3 )除氢和氦外所有元素都可以分析,特别是分析轻元素最为有利;(4)利用低能电子衍射装置和俄歇能谱分析器相结合的仪器(“LEED一Au-ger”装置),有可能从得到的数据资料中分晶体表面的结构,推断原子在晶胞中的位置。因此,俄歇电子能谱仪作为固体材料分析的一个重要工具,近年来发展很快,研究成果不断出现于最新的文献中。本文主要是想要综合论述俄歇电子能谱的分析方法，以及概述它在各方面的应用。[1] [1]《俄歇电子能谱仪及其应用》许自图 正文 一、俄歇电子能谱分析的原理
1.1俄歇电子能谱发现的历史 1925年法国科学家俄歇在威尔逊云室中首次观察到了俄歇电子的轨迹，并且他正确的解释了俄歇电子产生的过程，为了纪念他，就用他的名字命名了这种物理现象。到了1953年，兰德才从二次电子能量分布曲线中第一次辨识出这种电子的电子谱线，但是由于俄歇电子谱线强度较低，所以当时检测还比较困难。到了1968年，哈里斯应用微分法和锁相放大器，才解决了如何检测俄歇电子信号的问题，也由此发展了俄歇电子能谱仪。俄歇电子能谱仪不仅可以作为元素的组分分析仪器，还可以检测化学环境信息。咋很多的领域都得到了应用，比如基础物理，应用表面科学等等。 1.2俄歇效应 当一束具有一定能量的电子束（一次电子）射到固体表面的时候，原子对电子产生了弹性散射和非弹性散射。非弹性散射使得电子和原子之间发生了能量的转移，发出X-射线以及二次电子。这个时候如果在固体表面安装一个接受电子的探测器，就可以得到反射电子的数目（强度）按能量分布的电子能谱曲线。 图1 入射电子在固体中激发出的二次电子能谱 俄歇电子是指外壳层电子填补内壳层空穴所释放出来的能量激发了外壳层的另外一电子，并且使得它脱离原子核，逃逸出固体表面的电子，这个过程被俄歇发现，所以称为俄歇电子。
实验二能谱分析实验 一、实验内容 材料微区成分能谱分析 二、实验目的 1. 结合扫描电镜/能谱仪实物加深对能谱仪的结构特点及工作原理的理解； 2. 通过操作演示，了解能谱仪的分析方法及应用。 三、实验原理 当用一定能量的电子束、X射线或紫外光作用于试样，试样表面原子受激发可产生特征X射线。每种元素都有其各自的特征X射线波长或能量。能谱仪EDX （或EDS）就是用电子束作激发源，并将所激发的带有试样表面信息的不同能量的X射线用硅锂探测器收集，最终给出试样的特征X射线强度按能量大小分布的图谱，从而得知试样含有哪些元素及其含量多少。 能谱仪一般作为扫描电子显微镜的附属设备与主机扫描电镜共用一个电子光学系统，组成电镜——能谱联用仪。这样不但在作样品显微形貌观察或内部组织结构的同时可方便地探测感兴趣的某一微区的化学组成，而且使两台设备合二为一，集成、节源。 能谱分析的理论依据是莫塞莱公式： （1/λ）1/2= C（Z-σ）。用能谱仪可进行定性和定量分析。有三种基本工作方 式。包括点分析、线分析及面分析。根据所选功能的不同，可进行选定的点或线或面区域所含元素的全谱（谱线）定性和定量分析。还可用于所选定的线或面元素分布分析，给出相应区域的元素浓度分布曲线或分布图。线分析用于显示元素沿选定直线方向上的成分浓度变化；面分析用于观察元素在选定区域的成分浓度分布。 四、实验设备 1.SSX-550 扫描电子显微镜（日本岛津SHIMADZU） 2.KYKY SBC－小型离子溅射仪（中科科仪） 五、实验步骤 1. 样品的制备 样品制备对分析结果的影响很大，因此要求如下： 1）样品的基本要求同实验一（扫描电镜观测实验）； 2）样品表面要求平整、清洁无异物并进行抛光。抛光材料要选择不含被分析元素的材料。 3）导电性差或不导电样的品表面喷镀导电薄膜的材料应不含被分析元素。 4）同实验一的方法固定样品于样品室。 2．仪器的基本操作及参数选择 1）开启扫描电镜及能谱仪； 2）先用扫描电镜观察微观形貌的方法步骤确定要观察的位置； 3）将扫描的工作距离WD设定在17，聚焦使图像清晰。电子枪加速电压调节范围为10～20KV、束斑可在3～7之间选择、光阑可在中间两档 选择； 4）进入能谱仪界面，并联机； 5）建立新文件并激活之；
电子探针（EPMA1600） 实用技术讲座
2009年03月26日 分析测试中心 雷淑梅 smlei@https://www.doczj.com/doc/b110541808.html,
提纲
1.前言 2.电子探针的发展过程简介 3.电子探针工作原理简述 4.WDS和EDS的区别 5.电子探针功能特点及应用 6.样品制备 7.结束语
SHIMADZU EPMA-1600
1、前言
电子探针是电子探针X 射线显微分析仪的简称，英文缩写为EPMA (Electron Probe X-ray Micro-Analyser)，它用一束聚焦得很细（50nm～ １μｍ）的加速到5kV-30kV的电子束，轰击用光学显微镜选定的待分 析试样上某个“点”（一般直径为1-50um），利用试样受到轰击时发射 的X射线的波长及强度，来确定分析区域中的化学组成。随着电子光 学技术和计算机技术的发展，现在的EPMA同时具有扫描电镜SEM的 形貌观察、结构分析等功能。不但像仪器发明之初那样，以金属和矿 物样品中不同相或不同组成的成分分析为主要目的，而且也应用在冶 金、电子电器件、陶瓷、塑料、纤维、木材、牙齿、骨骼、叶、根等 等方面。其应用领域之广泛，可说目前已经涉及到所有固体物质的研 究工作中，尤其在材料研究工作方面。这种仪器不仅是研究工作中的 重要工具，而且也是质量检查的手段之一。
2.电子探针的发展过程简介（一）
1913年的两个物理基础：莫塞莱定律和布拉格定律 。 莫塞莱定律：ν=C(Z-σ)2 ，特征X射线频率与发射X射线的 原子的原子序数平方之间存在线性关系。 著名的布拉格定律：2dsinθ=nλ，式中，d为晶体的晶面间 距，单位为?， θ为X射线的入射角，λ为X射线的波长， 单位为?，n是正整数。 测出X射线的掠射角θ，即可计算 出X射线的波长，进而确定出产生波长特征X射线的元素。
《电子探针结构原理及分析方法》 实验报告 一、实验目的 1）结合电子探针仪实物，介绍其结构特点和工作原理，加深对电子探针的了解。 2）选用合适的样品，通过实验操作演示，以了解电子探针分析方法及其应用。 二、实验原理 电子探针X射线显微分析仪（简称电子探针）利用约1μm 的细焦电子束，在样品表层微区内激发元素的特征X射线，根据特征X射线的波长和强度，进行微区化学成分定性或定量分析。电子探针的光学系统、真空系统等部分分与扫描电
子显微镜基本相同，通常也配有二次电子和背散射电子信号检测器，同时兼有组织形貌和微区成分分析两方面的功能。电子探针的构成除了与扫描电子显微镜结构相似的主机系统以外，还主要包括分光系统、检测系统等部分。 三、实验内容 1）老师介绍电子探针的基本构造和工作原理，并进行演示操作。 2）学生十人一组观察老师的操作过程，记录相关的数据或图形。 四、分析方法 电子探针有三种基本工作方式：点分析用于选定点的全谱定性分析或定量分析，以及对其中所含元素进行定量分析；线分析用于显示元素沿选定直线方向上的浓度变化；面分析用于观察元素在选定微区内浓度分布。
1.实验条件 （1）样品样品表面要求平整，必须进行抛光；样品应具有良好的导电性，对于不导电的样品，表面需喷镀一层不含分析元素的薄膜。实验时要准确调整样品的高度，使样品分析表面位于分光谱仪聚焦圆的圆周上。 （2）加速电压电子探针电子枪的加速电压一般为3~50kv，分析过程中加速电压的选择应考虑分析元素及其谱线的类别。 （3）电子束流特征X射线的强度与入射电子束流呈线性关系。为提高X射线信号强度，电子探针必须使用较大的入射电子束流，特别是在分析微量元素或轻元素时，更需要选择较大的束流，以提高分析灵敏度。在分析过程中要保持束流稳定，在定量分析同一组样品时应控制束流条件完全相同，以获取准确的分析结果。 （4）分光晶体实验时应根据样品中待分析元素及X射线线系等具体情况，选用合适的分光晶体。 2.点分析 （1）全谱定性分析驱动分光谱仪的晶体连续改变衍射角θ，记录X射线信号强度随波长的变化曲线。检测谱线强度峰值位置的波长，即可获得样品微区内所含元素的定性结果。 （2）半定量分析在分析精度要求不高的情况下，可进行
分析测试中心电子探针（EPMA）简介 一、仪器概述 电子探针利用聚焦得非常细(微米-纳米级)的高能电子束轰击样品，激发出各种被测物质的有用信息（如特征X射线、二次电子、背散射电子等），通过分析这些有用信息达到对样品微区成分分析和形貌观察的目的。 电子探针与扫描电镜的结构大致相似，不同的是电子探针有一套完整的X射线波长和能量探测装置（波谱仪WDS和能谱仪EDS），用来探测电子束轰击样品所激发的特征X射线。由于特征X射线的能量或波长随着原子序数的不同而不同，只要探测入射电子在样品中激发出的特征X射线波长或能量，就可获得样品中所含的元素种类和含量，以此对样品微区成分进行定量分析是电子探针最大的特点。 分析测试中心已安装的电子探针是日本岛津公司生产的EPMA-1600型最新产品，它不仅具有较高的X射线检出角，同时由于使用全聚焦的X射线分光晶体，能兼顾X 射线检测的高灵敏度和高分辨率，并配有高稳定的电子光学系统、真空系统及高精度机械系统以及EDAX公司生产的Genesis能谱仪，是目前华南地区最先进的微区成分定性定量分析和形貌观察用大型精密科研仪器之一。 二、仪器用途 适用于材料(合金、陶瓷、半导体材料等)、矿物、冶金、机械、微电子等领域的微区化学组成定性和定量分析、微区化学组成线分析、微区化学组成面分析以及各类固体产品的微区形貌观察与成分分布图像等，是对试样表面形貌观察、微区组织结构和元素定性定量分析的最有效、原位（in-situ）表征手段。 三、仪器的性能与特点 1、具有较高的X-射线检出角(52.5?)，有利于提高仪器空间分辨率和凸凹样品分析观察的可靠性；分光晶体采用Johanson型全聚焦分光晶体，同一道波谱仪兼顾高分辨率和高灵敏度。 2、分析精度：好于1%(主要元素，含量>5%)和5%(次要元素，含量～1%)；谱仪检测极限：大于10ppm。 3、分析元素范围：4Be-92U；加速电压：0.2-30kV(可调步长≤0.5kV)；二次电子像分辨率：6nm；放大倍数：50-300000?，连续可调（有效图像观察倍数≤50000?）。 4、电子束流稳定性：好于1.5?10-3/h；电子束流：10-12–10-5A，连续可调，绝对准确值好于10%。 5、样品台最小移动间距为0.02微米，重复精度好于±1μm，机械系统精密度高。
SEM基本结构及原理 1 电子束与样品表面的作用 弹性散射：电子束的能量不损失，只改变方向，如背散射电子。 非弹性散射：入射电子熟不进改变方向，也改变能量。包括二次电子，俄歇电子，特征X射线，荧光。 图1 电子束与样品的作用深度示意图
1.1 二次电子Secondary electron 二次电子是指背入射电子轰击出来的核外电子。由于原子核和外层价电子间的结合能很小，当原子的核外电子从入射电子获得了大于相应的结合能的能量后，可脱离原子成为自由电子。如果这种散射过程发生在比较接近样品表层处，那些能量大于材料逸出功的自由电子可从样品表面逸出，变成真空中的自由电子，即二次电子。二次电子来自表面5-10nm的区域，二次电子的逃逸深度很小，在入射电子束处，约为5λ，金属λ=1nm，非金属λ=10nm。 图2 二次电子产量与逃逸深度关系 能量为0-50eV。它对试样表面状态非常敏感，能有效地显示试样表面的微观形貌。由于它发自试样表层，入射电子还没有被多次反射，因此产生二次电子的面积与入射电子的照射面积没有多大区别，所以二次电子的分辨率较高，一般可达到5-10nm。扫描电镜的分辨率一般就是二次电子分辨率。 二次电子产额随原子序数的变化不大，它主要取决于表面形貌，呈以下关系： δ(θ)= δ0Secθ 图3二次电子产量与样品倾斜角度关系 θ增大时δ增大，样品表面的起伏形貌与样品倾转原理一样，形成形貌衬度。 入射电子与样品核外电子碰撞，使样品表面的核外电子被激发出来的电子，是作为SEM的成像信号，代表样品表面的结构特点。
图4 二次电子的检测示意图 1.2 背散射电子back scattered electron 背散射电子是由样品反射出来的初次电子，是弹性散射返回来的电子，其主要特点是：能量很高，有相当部分接近入射电子能量，总能量约占入射点子能量的30%，在试样中产生的范围大，像的分辨率低。背散射电子发射系数随原子序数增大而增大。作用体积随入射束能量增加而增大，但发射系数变化不大。 背散射电子的原子序数衬度： 图5背散射电子产量与原子序数关系 图6背散射电子产量与入射束能量关系
实验六电子探针结构原理及分析方法 一、实验内容及实验目的 1．结合电子探针仪实物，介绍其结构特点和工作原理，加深对电子探针的了解。 2．选用合适的样品，通过实际操作演示，以了解电子探针分析方法及其应用。 二、电子探针的结构特点及原理 电子探针X射线显微分析仪(简称电子探针)利用约1μm的细聚焦电子束，在样品表层微区内激发元素的特征X射线，根据特征X射线的波长和强度，进行微区化学成分定性或定量分析。电子探针的光学系统、真空系统等部分与扫描电镜基本相同，通常也配有二次电子和背散射电子信号检测器，同时兼有组织形貌和微区成分分析两方面的功能。电子探针的构成除了与扫描电镜结构相似的主机系统以外，还主要包括分光系统、检测系统等部分。本实验这部分内容将参照教材，并结合实验室现有的电子探针，简要介绍与X射线信号检测有关部分的结构和原理。 三、电子探针的分析方法 电子探针有三种基本工作方式：点分析用于选定点的全谱定性分析或定量分析、以及对其中所含元素进行定量分析；线分析用于显示元素沿选定直线方向上的浓度变化；面分析用于观察元素在选定微区内的浓度分布。 1．实验条件 (1) 样品：样品表面要求平整，必须进行抛光；样品应具有良好的导电性，对于不导电的样品，表面需喷镀一层不含分析元素的薄膜。实验时要准确调整样品的高度，使样品分析表面位于分光谱仪聚焦圆的圆周上。 (2) 加速电压：电子探针电子枪的加速电压一般为3~50kV，分析过程中加速电压的选择，应考虑待分析元素及其谱线的类别。原则上加速电压一定要大于被分析元素的临界激发电压，一般选择加速电压为分析元素临界激发电压的2~3倍。若加速电压选择过高，导致电子束在样品深度方向和侧向的扩展增加，使X射线激发体积增大，空间分辨率下降。同时过高的加速电压将使背底强度增大，影响微量元素的分析精度。 (3) 电子束流：特征X射线的强度与入射电子束流成线性关系。为提高X射线信号强度，电子探针必须使用较大的入射电子束流，特别是在分析微量元素或轻元素时，更需选择大的束流，以提高分析灵敏度。在分析过程中要保持束流稳定，在定量分析同一组样品时应控制束流条件完全相同，以获取准确的分析结果。 (4) 分光晶体：实验时应根据样品中待分析元素及X射线线系等具体情况，选用合适的分光晶体。常用的分光晶体及其检测波长的范围见有关表。这些分光晶体配合使用，检测X
牛津仪器Inca X-act能谱仪详细配置及功能 1.专利的分析型SDD硅漂移探测器 ?SuperATW窗口，10mm2有效面积； ?在MnKα处的分辨率: 优于127eV ?稳定性: 1,000cps—100,000cps 谱峰漂移<1eV，分辨率变化<1eV ? 48小时内谱峰漂移<1eV (Mn Ka) ?峰背比20,000: 1 (Fe 55, Mn Ka) ?分析元素范围：Be4-Pu94 2.INCA 系统 --系统计算机 ?HP DC8000 --系统桌 显微分析处理器(分立式设计) --Inca X-strea mⅡ显微分析处理器 ?探测器高压偏压电源。 ?6个程序可选时间常数和4个能量范围(10, 20, 40, 80KeV)的数字信号处理器 ?计算机控制的数字脉冲处理器，输出最大计数率350,000CPS, 可处理最大计数率850,000CPS, ?活时间校正。三个鉴别器覆盖全范围的反脉冲堆积，直至下限铍。 ?数字零点稳定器。 ?探测器控制系统。 --Inca Mics显微分析处理器 ?带有存储器和辅助电路的高速微控制器，用以收集和处理X射线信号。 ?IEEE1394 数据接口，用以高速传输数据到系统计算机。 ?二个RS232串口或一个RS232串口和一个LASERBUS口。 ?线性电源 ?符合美国和欧洲电磁规定，并执行CE标记。 ?SUPERSCAN – 先进的超级数字扫描系统。 ?包括Kalman噪声限制程序，在快速扫描和限制图像噪声之间兼顾和控制。 ?同步图像收集和数据传输到PC(零等待)。 ?电镜图像接口电缆。 INCA软件导航器 ?真正的32位软件 ?独一无二的导航器界面, 非常友好，全中文操作界面, 引导用户从启动分析项目到打印实验报告的全部显微分析过程。 ?用户可容易地在导航器之间切换，直接面对工作流程和IMS，以便直接看到自动分析过程的进展。
俄歇电子能谱简介 摘要：本文介绍了俄歇电子的产生、表示、俄歇电子的过程和能量、样品制备技术、以及俄歇电子能谱仪的应用。由此得出俄歇电子能谱仪在材料表面性质研究方面, 有着不可替代的作用。 关键词：俄歇电子；俄歇电子能谱仪；样品制备；应用 俄歇过程是法国科学家Pierre Auger首先发现的。1922年俄歇完成大学学习后加入物理化学实验室在其准备光电效应论文实验时首先发现这一现象，几个月后，于1923年他发表了对这一现象（其后以他的名字命名）的首次描述。30年后它被发展成一种研究原子和固体表面的有力工具。尽管从理论上仍然有许多工作要做，然而俄歇电子能谱现已被证明在许多领域是非常富有成果的，如基础物理（原子、分子、碰撞过程的研究）或基础和应用表面科学。 1.俄歇电子的产生 原子在载能粒子（电子、离子或中性粒子）或X射线的照射下，内层电子可能获得足够的能量而电离，并留下空穴（受激）。当外层电子跃入内层空位时，将释放多余的能量（退激）释放的方式可以是：发射X射线（辐射跃迁退激方式）；发射第三个电子─俄歇电子（俄歇跃迁退激方式）。如下图：
例如，原子中一个K层电子被入射光量子击出后，L层一个电子跃入K层填补空位，此时多余的能量不以辐射X光量子的方式放出，而是另一个L层电子获得能量跃出吸收体，这样的一个K层空位被两个L层空位代替的过程称为俄歇效应，跃出的L层电子称为俄歇电子[1]。 在上述跃迁过程中一个电子能量的降低，伴随另一个电子能量的增高，这个跃迁过程就是俄歇效应。从上述过程可以看出，至少有两个能级和三个电子参与俄歇过程，所以氢原子和氦原子不能产生俄歇电子。同样孤立的锂原子因为最外层只有一个电子，也不能产生俄歇电子。但是在固体中价电子是共用的，所以在各种含锂化合物中也可以看到从锂发生的俄歇电子。俄歇电子的动能取决于元素的种类。 2.俄歇电子的表示 每一俄歇电子的发射都涉及3个电子能级，故常以三壳层符号并列表示俄歇跃迁和俄歇电子。如KL1L1，L1M1M1，L2, 3VV，如下图： 3.俄歇过程和俄歇电子能量 WXY跃迁产生的俄歇电子的动能可近似地用经验公式估算，即：E WXY=E W—E X —E Y,如下图（WXY俄歇过程示意图）：
【转帖】X射线光电子能谱的原理及应用（XPS） 来源:转载网络作者： tof-sims （一）X光电子能谱分析的基本原理 X光电子能谱分析的基本原理：一定能量的X光照射到样品表面，和待测物质发生作用，可以使待测物质原子中的电子脱离原子成为自由电子。该过程可用下式表示: hn=Ek+Eb+Er 其中: hn：X光子的能量；Ek：光电子的能量；Eb：电子的结合能；Er：原子的反冲能量。其中Er很小，可以忽略。 对于固体样品，计算结合能的参考点不是选真空中的静止电子，而是选用费米能级，由内层电子跃迁到费米能级消耗的能量为结合能Eb，由费米能级进入真空成为自由电子所需的能量为功函数Φ，剩余的能量成为自由电子的动能Ek， 式(103)又可表示为：hn=Ek+Eb+Φ （10.4）Eb= hn- Ek-Φ （10.5） 仪器材料的功函数Φ是一个定值，约为4eV，入射X光子能量已知，这样，如果测出电子的动能Ek，便可得到固体样品电子的结合能。各种原子，分子的轨道电子结合能是一定的。因此，通过对样品产生的光子能量的测定，就可以了解样品中元素的组成。元素所处的化学环境不同，其结合能会有微小的差别，这种由化学环境不同引起的结合能的微小差别叫化学位移，由化学位移的大小可以确定元素所处的状态。例如某元素失去电子成为离子后，其结合能会增加，如果得到电子成为负离子，则结合能会降低。因此，利用化学位移值可以分析元素的化合价和存在形式。 （二）电子能谱法的特点 ( 1 )可以分析除H 和He 以外的所有元素；可以直接测定来自样品单个能级光电发射电子的能量分布，且直接得到电子能级结构的信息。 ( 2 )从能量范围看，如果把红外光谱提供的信息称之为“分子指纹”，那么电子能谱提供的信息可称作“原子指纹”。它提供有关化学键方面的信息，即直接测量价层电子及内层电子轨道能级。而相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，相互干扰少，元素定性的标识性强。 ( 3 )是一种无损分析。 ( 4 )是一种高灵敏超微量表面分析技术。分析所需试样约10 -8 g 即可，绝对灵敏度高达10 -18 g ，样品分析深度约2nm 。 (三) X 射线光电子能谱法的应用 ( 1 )元素定性分析 各种元素都有它的特征的电子结合能，因此在能谱图中就出现特征谱线，可以根据这些谱线在能谱图中的位置来鉴定周期表中除H 和He 以外的所有元素。通过对样品进行全扫描，在一次测定中就可以检出全部或大部分元素。
能谱仪结构及工作原理 X射线能量色散谱分析方法是电子显微技术最基本和一直使用的、具有成分分析功能的方法，通常称为X射线能谱分析法，简称EDS或EDX方法。它是分析电子显微方法中最基本、最可靠、最重要的分析方法，所以一直被广泛使用。 1．特征X射线的产生 特征X射线的产生是入射电子使内层电子激发而发生的现象。即内壳层电子被轰击后跳到比费米能高的能级上，电子轨道内出现的空位被外壳层轨道的电子填入时，作为多余的能量放出的就是特征X 射线。高能级的电子落入空位时，要遵从所谓的选择规则（selection rule），只允许满足轨道量子数l 的变化Δl＝±1 的特定跃迁。特征X 射线具有元素固有的能量，所以，将它们展开成能谱后，根据它的能量值就可以确定元素的种类，而且根据谱的强度分析就可以确定其含量。 另外，从空位在内壳层形成的激发状态变到基态的过程中，除产生X射线外，还放出俄歇电子。一般来说，随着原子序数增加，X射线产生的几率（荧光产额）增大，但是，与它相伴的俄歇电子的产生几率却减小。因此，在分析试样中的微量杂质元素时可以说，EDS 对重元素的分析特别有效。 2． X射线探测器的种类和原理 对于试样产生的特征X 射线，有两种展成谱的方法：X 射线能量色散谱方法（EDS:energy dispersive X-ray spectroscopy）和X射线波长色散谱方法（WDS：wavelength dispersive X-ray spectroscopy）。在分析电子显微镜中均采用探测率高的EDS。从试样产生的X 射线通过测角台进入到探测器中。图示为EDS 探测器系统的框图。 对于EDS 中使用的X 射线探测器，一般都是用高纯单晶硅中掺杂有微量锂的半导体固体探测器（SSD:solid state detector）。SSD是一种固体电离室，当X 射线入射时，室中就产生与这个X 射线能量成比例的电荷。这个电荷在场效应管（TEF: field effect transistor）中聚集，产生一个波峰值比例于电荷量的脉冲电压。用多道脉冲高度分析器（multichannel pulse height analyzer）来测量它的波峰值和脉冲数。这样，就可以得到横轴为X 射线能量，纵轴为X 射线光子数的谱图。 为了使硅中的锂稳定和降低FET的热噪声，平时和测量时都必须用液氮冷却EDS探测器。保护探测器的探测窗口有两类，其特性和使用方法各不相同。 （1）铍窗口型（beryllium window type） 用厚度为8～10μm 的铍薄膜制作窗口来保持探测器的真空，这种探测器使用起来比较容易，但是，由于铍薄膜对低能X射线的吸收，所以，不能分析比Na（Z＝11）轻的元素。 （2）超薄窗口型（UTW type : ultra thin window type ） 保护膜是沉积了铝，厚度0.3～0.5μm 的有机膜，它吸收X 射线少，可以测量C(Z＝6)以上的比较轻的元素。但是，采用这种窗口时，探测器的真空保持不太好，所以，使用时要多加小心。最近，对轻元素探测灵敏度很高的这种类型的探测器已被广泛使用。
第八章 电子探针、扫描电镜显微分析 中国科学院上海硅酸盐所李香庭 1 概论 1.1 概述 电子探针是电子探针X射线显微分析仪的简称，英文缩写为EPMA(Electron probe X-ray microanalyser)，扫描电子显微境英文缩写为SEM（Scanning Electron Microscope）。这两种仪器是分别发展起来的，但现在的EPMA都具有SEM的图像观察、分析功能，SEM也具有EPMA的成分分析功能，这两种仪器的基本构造、分析原理及功能日趋相同。特别是现代能谱仪，英文缩写为EDS（Energy Dispersive Spectrometer）与SEM组合，不但可以进行较准确的成分分析，而且一般都具有很强的图像分析和图像处理功能。由于EDS分析速度快等特点，现在EPMA通常也与EDS组合。虽然EDS的定量分析准确度和检测极限都不如EPMA的波谱仪（Wavelength Dispersive Spectrometer ，缩写为WDS）高，但完全可以满足一般样品的成分分析要求。由于EPMA与SEM设计的初衷不同，所以二者还有一定差别，例如SEM以观察样品形貌特征为主，电子光学系统的设计注重图像质量，图像的分辨率高、景深大。现在钨灯丝SEM的二次电子像分辨率可达3nm，场发射SEM二次电子像分辨率可达1nm。由于SEM一般不安装WDS，所以真空腔体小，腔体可以保持较高真空度；另外，图像观察所使用的电子束电流小，电子光路及光阑等不易污染，使图像质量较长时间保持良好的状态。 EPMA一般以成分分析为主，必须有WDS进行元素成分分析，真空腔体大，成分分析时电子束电流大，所以电子光路、光阑等易污染，图像质量下降速度快，需经常清洗光路和光阑，通常EPMA二次电子像分辨率为6nm。EPMA附有光学显微镜，用于直接观察和寻找样品分析点，使样品分析点处于聚焦园（罗兰园）上，以保证成分定量分析的准确度。 EPMA和SEM都是用聚焦得很细的电子束照射被检测的样品表面，用X射线能谱仪或波谱仪，测量电子与样品相互作用所产生的特征X射线的波长与强度，从而对微小区域所含元素进行定性或定量分析，并可以用二次电子或背散射电子等进行形貌观察。它们是现代固体材料显微分析(微区成份、形貌和结构分析)的最有用仪器之一，应用十分广泛。电子探针和扫描电镜都是用计算机控制分析过程和进行数据处理，并可进行彩色图像处理和图像分析工作，所以是一种现代化的大型综合分析仪。现在国内各种型号的电子探针和扫描电镜有近千台，分布在各个领域。 1.2电子与固体样品的交互作用 一束细聚焦的电子束轰击样品表面时，入射电子与样品的原子核和核外电子将产生弹性或非弹性散射作用，并激发出反映样品形貌、结构和组成的各种信息，如二次电子、背散射电子、吸收电子、阴极发光和特征X射线等（图8－1）。
γ能谱仪电路结构原理及原理 一、FD-3022四道γ能谱仪 FD-3022四道γ能谱仪是上海电子仪器厂研制生产的智能型放射性勘查仪器。该仪器用于在地面同时测量地质体的在四个不同能量范围内的γ射线照射量率，用以寻找钾、铀、钍和其它矿产或研究其它有关问题。 1、仪器的功能与结构 a、仪器的功能 该仪器和旧的非智能型的四道γ能谱仪(FD-3003、FD-840)的功能基本相同。 (1) 它具有四个测量道(铀道、钍道、钾道和总道)，能同时测量地质体的在四个不同能量范围内的γ射线照射量率，并依次显示四个道的计数率。也能自动扣除各道本底计数并自动运算解联立方程给出地质体的铀、钍、钾含量和总道的铀当量含量。 (2) 它具有二个自稳道和自稳铯源，能自动跟踪谱漂移，进行硬件有源稳谱。 (3) 仪器能方便的输入模型标定出的10个系数、各道的本底值和铯峰铀、钍修正值，并能长期(关机)保存，也能方便地进行修改。 (4) 仪器能自动进行归一化测量，铀道、钍道、钾道计数率均归一化为每100秒的计数，总道计数率归一化为每10秒的计数。仪器测量结果用五位数字显示，显示精度铀、钍和总道含量为0.1PPM;钾为0.1%。 (5) 可以通过选择开关在15～1000秒之间选取测量时间，仪器自动通过硬件电路进行死时间修正，实际测量时间将跟据地质体γ射线照射量率而大于所选取的测量时间。 b、仪器的结构 图4.9是FD-3022四道γ能谱仪的方框原理图。它由信号采集系统和单片机测量系统两大部分组成。信号采集系统由闪烁探测器、放大器、四道脉冲幅度分析器、低压及高压直流变换器组成;单片机测量系统由单片机最小系统、显示器、稳谱电路、参数输入电路及附属电路(电池检测、键入、告警)等组成。 闪烁探测器将核幅射(γ射线)转换为电脉冲，电脉冲的幅度与射线能量成正比，脉冲计数率与幅射强度成正比。 放大器将辐射电脉冲线性放大、成形展宽后，同时送至六个单道脉冲幅度分析器进行幅度分析。然后信号按幅度(射线能量)分成六路分别进入六个计数器进行定时计数。计数器将计数转变成数字信号送入单片机的数据总线。 图 4.9 FD-3022四道γ能谱仪的方框原理图 单片机系统对其中的四路测量道数字信号进行运算处理，利用显示器显示出
X射线能谱仪工作原理及谱图解析 1、X射线能谱仪分析原理 X射线能谱仪作为扫描电镜的一个重要附件，可被看成是扫描电镜X射线 信号检测器。其主要对扫描电镜的微区成分进行定性、定量分析，可以分析元素周期表中从B-U的所有元素信息。其原理为：扫描电镜电子枪发出的高能电子进入样品后，受到样品原子的非弹性散射，将能量传递给该原子。该原子内壳层的电子被电离并脱离，内壳层上出现一个空位，原子处于不稳定的高能激发态。在激发后的10-12s内原子便恢复到最低能量的基态。在这个过程中，一系列外层 电子向内壳层的空位跃迁，同时产生X射线，释放出多余的能量。对任一原子而言，各个能级之间的能量差都是确定的，因此各种原子受激发而产生的X射线的能量也都是确定的（图1）。 X射线能谱仪收集X射线，并根据其能量对其记数、分类，从而对元素进 行定性、定量分析。 图1. 粒子间相互作用产生特征X射线 本所能谱仪型号为：BRUKER X-Flash 5010，有四种检测模式：点扫描，区域扫描，线扫描，面扫描。 2、能谱仪检测模式介绍及参数解读 2.1 点扫描及区域扫描模式
图2 X射线能谱仪点扫描（A）、选区扫描（B）报告 点扫描与选区扫描主要用于对元素进行定性和定量分析，确定选定的点或区域范围内存在的所有元素种类，并对各种元素的相对含量进行计算。能谱检测对倍数要求不高，不同倍数条件下检测结果差异不大，关键在于选取检测的部位。一般选择较大的块体在5000倍以下检测，因为X射线出射深度较深，除金属或陶瓷等非常致密的材料外，一般的块体在20kV加速电压下，X射线出射深度2μm左右，且点扫描的范围也在直径2μm左右。因此块体太小或倍数过大，都会造成背景严重，测量准确度下降。 此外，最好选择比较平整的区域检测，因为电子打在坑坑洼洼的样品表面，X射线出射深度差别较大，定量信息不够准确。特别低洼的区域，几乎检测不到信号，或信号很弱，得到的结果也便不准确。 第三，电子束与轻元素相会作用区域较大，干扰更强，因此轻元素的定量比重元素更加不准确。如C、N等元素，定量结果可能偏差较大。 点扫描与区域扫描测试报告相似，均由三部分组成，一张样品表面形貌照片，
俄歇电子能谱仪（AES）分析方法介绍 1.俄歇电子能谱仪（AES） 俄歇电子能谱仪（Auger Electron Spectroscopy，AES），作为一种最广泛使用的表面分析方法而显露头角,通过检测俄歇电子信号进行分析样品表面，是一种极表面（0-3nm）分析设备。这种方法的优点是：在靠近表面5-20埃范围内化学分析的灵敏度高，很高的空间分辨率，最小可达到6nm；能探测周期表上He以后的所有元素及元素分布；通过成分变化测量超薄膜厚。它可以用于许多领域，如半导体技术、冶金、催化、矿物加工和晶体生长等方面。 2.俄歇电子能谱仪（AES）工作原理 (1)原子内某一内层电子被激发电离从而形成空位， (2)一个较高能级的电子跃迁到该空位上， (3)再接着另一个电子被激发发射，形成无辐射跃迁过程，这一过程被称为Auger效应,被发射的电子称为Auger电子。 (4)俄歇电子能谱仪通过分析Auger电子的能量和数量，信号转化为元素种类和元素含量。
3.俄歇电子能谱仪（AES）可获取的参数 （1）定性分析：定性除H和He以外的所有元素及化合态。 （2）元素分布：元素表面分布和深度分布，能获极小区域（表面最小6nm，深度最小0.5nm）的元素分布图。 （3）半定量分析：定量除H和He以外的所有元素，浓度极限为10-3。 （4）超薄膜厚：通过成分变化能测量最薄0.5nm薄膜的膜厚。 4.案例分析 案例背景：样品为客户端送检LED碎片，客户端反映LED碎片上Pad表面存在污染物，要求分析污染物的类型。 失效样品确认：将LED碎片放在金相显微镜下观察，寻找被污染的Pad，通过观察，发现Pad表面较多小黑点，黑点直径3μm左右，考虑分析区域大小后选择分析区域最小AES进行分析，能准确分析污染物位置。
第六章电子探针显微分析 【教学内容】 1.电子探针仪的构造和工作原理 2.波谱仪与能谱仪的比较 3.电子探针仪的分析方法及其应用 【重点掌握内容】 电子探针仪的分析方法与应用 【教学难点】 定量分析的基本原理。 电子探针（Electron Probe Microanalysis-EPMA）的主要功能就是进行微区成分分析。它是在电子光学和X射线光谱学原理的基础上发展起来的一种高效率分析仪器。 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。 X射线的特征波长 镜筒和样品室 EDS），用来测定X 波长分散谱仪（波谱仪WDS） 1．工作原理
已知电子束入射样品表面产生的X射线是在样品表面下一个um量级乃至纳米量级的作用体积发出的，若该体积内含有各种元素，则可激发出各个相应元素的特征X线，沿各向发出，成为点光源。 在样品上方放置分光晶体，当入射X波长 、入射角 、分光晶体面间距d之间满足2dsinθ = λ时，该波长将发生衍射，若在其衍射方向安装探测器，便可记录下来。由此，可将样品作用体积内不同波长的X射线分散并展示出来。 上述平面分光晶体使谱仪的检测效率非常低，表现在：固定波长下，特定方向入射才可衍射；处处衍射条件不同； 要解决的问题是：分光晶体表面处处满足同样的衍射条件；实现衍射束聚焦 把分光晶体作适当的弹性弯曲，并使X射线源、弯曲晶体表面和检测器窗口位于同一个园周上，就可以达到把衍射束聚焦的目的。该园称为聚焦园，半径为R。 X线。 实际中使用的谱仪布置形式有两种： 直进式波谱仪：X射线照射分光晶体的方向固定，即出射角Ψ保持不变，聚焦园园心O