3.3　二次电子像的性质

二次电子是相对入射电子的一种相对提法，它是指用高能入射（也称为一次或初次）电子束轰击试样后，而从试样表面和亚表面激发出来的核外电子。由于外层价电子与原子核之间的结合能很小，当原子的核外电子从入射电子那里获得了大于结合能的能量后，就可脱离原子核的约束而成为自由电子。如果这种脱离过程发生在试样的表面和亚表面层，那么这些能量大于材料逸出功的电子就可以从试样的表面逸出，而成为二次电子。二次电子主要是来自距试样表面1～10nm的亚表面（试样表面0～1nm范围内发出的电子主要为俄歇电子），二次电子的能量为0～50eV，平均能量约30eV，所以这些二次电子能很好地显示出试样表面的微观形貌。由于入射电子仅仅经过几纳米的路径，还没有被多次反射而导致明显的扩散，因此在入射电子照射的作用区内产生的二次电子区域与入射束的束斑直径差别不大，所以在同一台扫描电镜中二次电子像（SEI）的分辨力最高。二次电子像的分辨力优于背散射像（BSEI），背散射像的分辨力优于吸收电子像（AEI），吸收电子像的分辨力优于阴极荧光像（CLI）。在一般情况下，商品类扫描电镜的指标中所提及的图像分辨力，若没有特别说明，一般都是指二次电子像的分辨力。

二次电子的发射率随原子序数的变化不是很明显，它主要取决于试样的表面形貌。它是入射电子与试样中核外电子碰撞，使试样表面和亚表面中的核外电子被激发出来所产生的电子。当这些代表试样表面结构特征的电子被相应的探测器收集后就成为扫描电镜的成像信号，其所成的像就被称为二次电子像。SEI的衬度主要取决于试样表面与入射电子束所构成的倾角。而对于表面有一定凹凸起伏等不平整的试样，其形貌被看成是由许许多多与入射电子束构成不同倾斜角度的微小形貌（如凸点、尖峰、台阶、平面、凹坑、裂纹和孔洞等细节）所组成的。这些细节中不同的起伏部位所发出的二次电子数各不相同，从而便产生出亮暗不一的衬度。由于二次电子的能量低，用E-T SED探测时，仅需在其前面的栅网上加几百伏的正电位，最常施加的电位为+280～+300V，即借助这样的直流电位就可把试样上发射出来的大部分二次电子吸引过来，所以二次电子像的阴影效应不明显。在二次电子探测器所对应的立体角内也能接收到相应的一小部分背散射电子，所以在二次电子像中也包含了一小部分的背散射电子的信息，图3.3.2中对应的背散射电子成分像的一些衬度信息也能在图3.3.1中的铅锡焊料二次像里反映出来，只不过3.3.1图中所显现的原子序数的衬度没有像3.3.2图中的铅锡焊料背散射像那么明显而已。

二次电子的能量低，受局部电场的影响变化大，图3.3.3是在电子束照射下电阻端头上的灰尘颗粒，其因充了负电荷而发白，在这发白颗粒的周围感应了正电荷，而感应了正电荷的区域导致二次电子的发射量相对减少，使灰尘颗粒的四周明显变暗。而与其相对应的图3.3.4的背散射像中的灰尘颗粒自身并不变白，其周围虽然也照样存在有感应的正电荷，但该颗粒的周围并没有明显变暗，这说明背散射电子的能量较高，它受局部电场变化的影响不明显。由于二次电子像分辨力高、阴影效应不明显、景深深、立体感强，所以它是扫描电镜中最主要和最常用的成像方式。它特别适用于观察和分析起伏较大的粗糙面，如金属、陶瓷和塑料等材料的断口，所以在材料学科中扫描电镜得到了广泛应用。