3.16　二次电子的电压衬度像

前面说到试样电流的关系时，指的是试样上既没有荷电又没有任何外加电位或电场的影响，所以没有考虑SE受外来电场或其他能量影响的问题。当试样表面有电位分布时，如在试样荷电的情况下或者是人为地在试样的某个局部加上一定电位时，这样不同电位上SE的发射率就会有明显不同，在电位高的部位SE的发射量会降低，反映到图像上该部位会相对较暗。因为SE的能量低，其平均能量约为30eV，所以其发射量和运动轨迹受试样表面电位的影响很明显。因此，从SEI中我们很容易看出试样表面存在电位分布时所产生的图像衬度的不同，这种效应称为表面电压衬度效应。对其扫描获得的图像称为电压衬度（VC）像，这种电压衬度像能真实又直观地反映出试样表面电位的相对分布情况。英国的奥托莱（Oatley）和埃弗哈特（Everhart）最先在扫描电镜上观察到这种电压衬度现象。

当人们在做半导体器件的分析时，如在某试样的P-N结上加10V的直流电压，并把P端接地，则N端对地的电位差为+10V，P为地电位，在试样上施加合适的偏置电位如图3.16.1所示。当用SE像去观察该试样时，因N区所发射的二次电子数量比P区少，故N区相对P区就显得暗。这种由于试样表面电位不同而引起的图像明暗度差异就是电压衬度。在本例中，由于反向偏置电压为10V，其产生衬度的机理是试样N区产生的SE能量要大于10eV才能被激发出来，而不大于10eV的电子逃逸不出试样，故高电位区（+10V）二次电子的产出量就会比低电位（0V）区的产出量少；除此之外，如果把E-T SED的栅极电位调到+100V，栅极电位对N和P区的电位差则分别为90V和100V，其电场作用力前者弱于后者，假设N和P发射的电子一样多，但探测系统对P区发出的SE收集率要高于N区，也会产生SEI中的P区比N区亮的情况。这两种效应相互叠加的结果使最终的电压衬度表现得更为明显。图3.16.2中呈现的斑马条纹是在该三极管的基极上加脉冲方波信号调制的结果，而形成了的黑白相间的条纹。在拍摄电压衬度像时，通常会适当地调低E-T SED中的栅极电位，如从+300V降到+150V或+100V，这样可以提高对试样表面相对电位的探测灵敏度。图3.16.3为某电路中的振荡管起振，其输出动态脉冲信号，反映在照片中就会呈现为黑白间断的条纹。在图3.16.4的右下角引线上加+5V电压，由于正电位的存在，使得该引线的衬度显得比其他引线暗得多。