3电子与物质的交互作用
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电子与物质的相互作用及其应用电子束与固体样品作用时产生的信号图是电子束与固体样品作用时产生的信号。
它包括:背散射电子、二次电子、吸收电子、透射电子、特征x射线、俄歇电子。
1.背散射电子背散射电子是被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子,其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。
弹性背散射电子:被样品中原子核反弹回来的,散射角大于90 的那些入射电子,其能量没有损失(或基本上没有损失)。
非弹性背散射电子:入射电子和样品核外电子撞击后产生的非弹性散射,不仅方向改变,能量也有不同程度的损失。
如果有些电子经多次散射后仍能反弹出样品表面,这就形成非弹性背散射电子。
弹性背散射电子和非弹性背散射电子的比较见表。
表弹性背散射电子和非弹性背散射电子的比较2.二次电子在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的样品的核外电子叫做二次电子。
3.吸收电子入射电子进入样品后,经多次非弹性散射能量损失殆尽(假定样品有足够的厚度没有透射电子产生),最后被样品吸收而成为吸收电子。
4.透射电子如果被分析的样品很薄,就会有一部分入射电子穿过薄样品而成为透射电子。
5.特征x射线当样品原子的内层电子被入射电子激发或电离时,原子就会处于能量较高的激发状态,此时外层电子将向内层跃迁以填补内层电子的空缺,从而使具有特征能量的X射线释放出来。
6.俄歇电子在入射电子激发样品的特征X射线过程中,如果在原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量并不以x射线的形式发射出去,而是用这部分能量把空位层内的另一个电子发射出去(或使空位层的外层电子发射出去),这个被电离出来的电子称为俄歇电子。
表电子束与固体样品作用时产生的各种信号的比较。
电子与物质的相互作用及其应用首先,电子散射是指电子与物质中的原子、分子或晶格发生碰撞并改变运动方向的过程。
根据散射角度的不同,电子散射可以分为弹性散射和非弹性散射。
弹性散射是指电子在与物质发生碰撞后,能量、动量和角动量守恒,只改变运动方向而不改变能量的过程。
非弹性散射是指电子在与物质发生碰撞后,除了改变运动方向外,还会转移或转化能量的过程。
电子散射的研究可以揭示物质的结构和性质,也是电子显微镜等技术的基础。
其次,电子吸收是指电子被物质中的原子、分子吸收并转化为其他形式的能量的过程。
电子吸收通常发生在原子或分子的能级间跃迁的过程中。
当电子吸收能量与物质能带结构相吻合时,电子可以激发到更高的能级上,并导致电子的离子化或电子激发。
电子吸收的研究可以揭示物质的化学成分和电子能级结构,并应用于光谱学和能谱学等领域。
最后,电子激发是指电子通过与物质相互作用,使物质中的原子、分子或晶格发生能级跃迁的过程。
电子激发通常发生在物质中的特定能级上。
当电子激发能量与物质的能级结构相吻合时,电子可以使物质中的原子、分子或晶格发生激发态到基态的跃迁,并导致发光或发射其他形式的能量。
电子激发的研究可以揭示物质的发光机制和能量转换过程,并应用于光电子学和光学传感器等领域。
基于电子与物质的相互作用,有许多重要的应用。
首先,在电子技术中,电子与物质的相互作用是电子器件工作的基础。
例如,电子与半导体材料相互作用可以产生电子在材料中的载流子,从而实现电流的传导和控制。
这种相互作用被应用于各种电子器件,如晶体管、场效应管和二极管等。
此外,电子与材料的相互作用还被用于制造和改变材料的性质,如半导体材料的掺杂和表面修饰。
其次,在材料科学中,电子与物质的相互作用被应用于制备新的材料或改变材料的性质。
例如,通过电子束物理气相沉积技术,可以在材料表面聚积一层薄膜,从而改变材料的光学、电学或磁学性质。
此外,通过电子束激光束处理,还可以实现对材料的微细加工和纳米结构的制备。