高分辨扫描电子显微学

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高分辨扫描电子显微学（北京大学电镜实验室 北京 100871）
目前的扫描电镜可以分为三类，即热发射电子枪扫描电镜，场发射电子枪扫描电镜[1]，场发射电子枪低像差物镜扫描电镜。
扫描电镜分辨率的限制，从仪器方面来说主要来自两个方面：1.电子源的亮度和能量分散；2.物镜的球差系数和色差系数。
场发射电子枪的应用对消除第-个限制起了很大的作用，它的亮度已达到108A/cm²Sr，而第二个限制的消除则有赖于应用低像差系数物镜。在高束电压下，在给定的探针直径d中取得最大束流i∝ⅹ的条件是受球差限制的： dcX1/4λ3/4 (?βλ²1)3/8 (1)
β是电子枪的亮度。三类扫描电镜的i d曲线有显著的区别[2]。
在低束电压(＜10kv)下，扫描电镜的性能则是受色差限制的，同时衍射像差也开始显著起来。模拟计算表明，第-类扫描电镜电子探针中电子轨迹的落点在低束电压时明显弥散了，而在第三类扫描电镜中则依然保持集中[2]。尽管第二、三类扫描电镜的景深比第-类要小5倍，同时样品的倾斜也受到-定的限制，但它们对获得高分辨二次电子像仍有很大的价值。本文将对高分辨扫描电子显微学中的-些重要方面进行简要的评述，同时讨论它们在纳米材料观察中的应用。
-、电子范围
扫描电镜的分辨率和入射电子在试样中的范围有密切关系。常用的是Bethe范围，该式只适用于E比较大的情形，当El3kev时不再适用，而应采用-种半经验修正公式[3]，即将原式中的J(平均电离电位)改为J，J′是材料原子序数Z的函数，小于而接近于l，有表可查。用Monte Carlo方法可计算出不同材料在不同入射能量(Εo)下的电子范围(R)。随着Εo的下降，R 迅速减小，这表示二次电子的逸出范围也将随E。的下降而迅速减校从这个意义上来说，高分辨扫描电子显微学是和低压扫描电子显微学紧密联系的。
二、二次电子
1.产额δ
到目前为止，对二次电子产额还没有-个精确的计算公式.-种粗略的理论估计是：