电子显微术(Electron Microscopy,EM)

电子显微术(Electron Microscopy,EM)

电子显微术可分为静态式和扫描式。静态式包括穿透式、反射式电镜及低能电子显
微镜等。扫描式包括二次电子显微镜和欧杰电子显微镜等。

2.1 反射式电子显微术(Reflection Electron Microscopy,REM)
穿透式电子显微镜是利用电子穿透样品而产生绕射来成像，其图像是样品表面在其
法线方向的投影，并不带有表面的讯息。而反射式电子显微镜是将高能电子束几乎平行
样品表面的角度入射，然后收集经表面小角度反射出来的电子束来成像。这是反射式和
穿透式电子显微镜最大的差别所在。另外由于反射式显微术是应用平行式的取像法，不
像扫描是显微术是用依序式取像法；其对图像变化的捕捉，基本上只受记录图像时间的
限制，因此反射式显微术对实时的表面动态现象观测十分有帮助！

2.2 低能电子显微术(Low Energy Electron Microscopy,LEEM)
低能电子显微术和反射式电子显微术不同处是在低能电子显微术是利用低能量电
子垂直入射样品表面。由于低能电子入射到一般样品表面，均会被大量反射回来，所以
带有很强的表面讯息，利用这些电子产生的绕射来成像将是非常好的方法。但LEEM 再
发展过程中有三个瓶颈﹕(1).需要将入射电子和成像电子分开，这问题目前是利用可以
有60 度偏转功能的磁镜来克服。(2).接物镜的设计也是一大问题，因电子在经过接物
镜时必须从几十个keV 降到几个eV，为了达到高分辨率，接物镜和样品表面的距离一
般只有2mm。(3).在使用LEEM 时所有使用的材料、组件，都必须维持在超高真空的
状态下才行。

2.3 扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)
SEM 主要包括两部分，一为提供并聚集电子于标本上，产生讯息的主体，包含电
子枪、电磁透镜、样品室和真空系统。二为显示影像的显像系统(见图十三)。
SEM 是利用收集样品产生的二次电子来成像，而二次电子的能量大部分在50eV 以
下，所以这些电子都是在表面附近产生的。二次电子是入射电子经多次碰撞后而产生
的，不具原子的本征性质，但和逃离表面的功函数有密切关系。样品表面功函数的变化
除了和组成元素有关，和区域结构也有很大的关系，这是为什么SEM 的图像能反映表
面粗糙度的主因。

图十三. SEM 装置示意图

2.4 扫描式欧杰电子显微术(Scanning Auger Microscopy,SAM)
扫描是欧杰电子显微术是结合扫描电子显微镜及欧杰电子能谱仪(ASE)而成的。
SAM 和SEM最大的不同之处在以Auger 电子取代二次电子为收集讯号。欧杰电子最早
为法国的皮尔欧杰 (Pierr Auger) 所发现，因此以其名称之。当原子的内层电子受到外
来能量源的激发而脱离原子时，原子的外层电子将很快的迁降至内层电子的空穴并释出
能量。所被释出的能量可能以 X 光的形式释出，或者此释出的能量转而激发另一外层
电子使其脱离原子，后者反应中被激发而脱离原子束缚离开试片表面的另一电子即为欧
杰电子，此电子同样具有代表该原子特性的能量，因此分析欧杰电子亦可得材料成份的
信息。逃离出来的电子，一般约有小于2keV 的动能，在固体中运动时，最多可走
5nm，不因碰撞而损失能量。因此欧杰电子具有固态样品组成原子的本征性质，可用来
判定原子的种类；另外，在样品收集欧杰电子时，只有距离表面约5nm 之区域所产生
的欧杰电子可以被侦测到，所以它反应的是样品表面几层的原子成分性质。
由于欧杰电子产生率，加载射电子能量大于10keV 时衰减的很快，一般使用的能量
约小于5keV。加上欧杰电子产生率远小于二次电子，必须使用更强的光源；但一旦使
用强光源，电子被聚焦的程度便大受影响，在光学上将造成技术上的困扰。因此，SAM
的分辨率没有SEM 来的好。