扫描电子显微镜（SEM）

扫描电子显微镜（SEM）

扫描类型的代表显微镜是扫描电子显微镜（SEM），其中扫描探针是一个精细聚焦的电子束。下图显示了电子入射到固体样品上产生的各种形式的信号。

一些入射电子失去大部分初始能量，并以低能量（约几十电子伏特）从表面发射出来，这些电子称为次级电子，由于其大的吸收截面，它们只能从固体的非常浅的深度逃逸。其他电子在不失去太多能量的情况下，要么作为背向散射电子反射回去，要么作为漏电流吸收到固体中。电子能量的损失还会发生X射线荧光或俄歇电子发射，这对于元素分析非常有用。在半导体样品中，电子能量可能转化为在表面层中建立的电场分离电子-空穴对时的发光（阴极荧光，CL）或电子束诱导电流（EBIC）。根据检测到的信号，SEM有几种操作模式。最常见的模式是次级电子SEM（SEM-SE），在这种模式中，由于次级电子的逃逸概率取决于相对于表面法线的方向差异，从斜角观察时电子探测器如图5.21所示放置，产生表面粗糙度对比 。

空间分辨率取决于使用的信号和信号的大小。如图5.22所示，入射电子通过随机行走在纳米范围内传播，随着加速电压的增加，深度增加。为了使主束尺寸主导SEM-SE中的分辨率，应选择中等值的加速电压以减少电子的横向扩展。在以5 keV操作的商业SEM-SE中，通过使用场发射枪，可以实现亚纳米分辨率，其高亮度允许极其精细地聚焦探针束。SEM-SE中的分辨率由扩展范围决定，而SEM-CL和SEM-EBIC中的分辨率则由于载流子的扩散而变差。用于SEM观察的样品必须或多或少是导电的，以避免充电效应。如果它们不是金属或半导体，预涂覆金膜可能会起作用 。