背散射电子衍射的原理

中国体视学与图像分析２００５年第１０卷第４期２电子背散射衍射的工作原理２．１电子背散射衍射（ＥＢＳＤ）花样在ＳＥＭ中，入射于样品上的电子束与样品作用产生几种不同效应，其中之一就是在每一个晶体或晶粒内规则排列的品格面上产生衍射。

从晶面上产生的衍射组成“衍射花样”，可被看成是一张晶体中晶面间的角度关系图。

图１足在单晶硅上获得的花样。

图１单晶硅的ＥＢＳＤ花样衍射花样包含晶体对称性的信息，而且，晶面和晶带轴问的夹角与晶系种类和晶体的晶格参数相对应，这些数据可用于ＥＢＳＤ相鉴定。

对于已知相结构的样品，则衍射花样与微区晶体相对于宏观样品的取向直接对应。

２．２ＥＢＳＤ系统组成系统设备的基本要求是一台扫描电子显微镜和一套ＥＢＳＤ系统．ＥＢＳＤ采集的硬件部分通常包括一台高灵敏度的ＣＣＤ摄像仪和一套用来花样平均化和扣除背底的图象处理系统。

图２是ＥＢＳＤ系统的构成及工作原理。

圈２ＥＢＳＤ系统的构成及工作原理在扫描电子显微镜中得到一张电子背散射衍射花样的基本操作是简单的。

相对于人射电子束，样品被高角度倾斜，以便背散射（即衍射）的信号，即ＥＢＳＤ花样被充分强化到能被荧光屏接收（在显微镜样品室内），荧光屏与一个ＣＣＤ相机相连，ＥＢＳＤ花样能直接或经放大储存图象后在荧光屏上观察到。

只需很少的输入操作，软件程序可对花样进行标定以获得晶体学信息。

目前最快的ＥＢＳＤ系统每一秒钟可进行近一百个点的测量。

现代ＥＢＳＤ系统和能谱ＥＤＸ探头可同时安装在ＳＥＭ上，这样，在快速得到样品取向信息的同时，可以进行成分分析。

图３是ＥＢＳＤ探头和ＥＤＸ探头同时安装在ＳＥＭ上的一个实例。

图３ＥＢＳＤ和ＥＤＸ同时安装在ＳＥＭ上２．３ＥＢＳＤ的分辨率ＥＢＳＤ的分辨率包括空间分辨率和角度分辨率。

ＥＢＳＤ的空间分辨率是ＥＢＳＤ能正确标定的两个花样所对应在样品上两个点之间的最小距离。

ＥＢＳＤ的空间分辨率主要取决于电子显微镜的电子束束斑的尺寸，电子束束斑的尺寸越大则空间分辨率越小，同时也取决于标定ＥＢＳＤ花样的算法”。

背散射衍射法是一种利用衍射原理进行物质分析的技术，它通过测量和分析光在物质中的衍射现象，来获取物质的结构和性质信息。

这种方法在材料科学、化学、生物学、医学等领域都有广泛的应用。

背散射衍射法的基本原理可以概括为以下几个步骤：
1. 光源：使用具有一定波长的激光作为光源，如可见光或X射线激光。

激光的优点在于具有较高的单色性和亮度，这对于背散射衍射法非常重要。

2. 照射与衍射：将光源照射到待测物质上，使光进入物质内部发生衍射现象。

通过对衍射图样的分析，可以了解物质的结构和性质。

3. 数据采集：通过显微系统或扫描系统，记录光在物质中的衍射图样。

根据不同物质的不同衍射峰，可以获得物质的晶格尺寸、晶胞形状等信息。

4. 分析处理：对采集到的数据进行分析和处理，提取有用的信息。

这包括对衍射图样的形状、位置、强度等参数进行测量和计算，以确定物质的结构和性质。

背散射衍射法的优势在于它能够提供物质微观结构的高分辨率图像，对于研究物质的晶体结构、缺陷、相变等具有重要的应用价值。

同时，这种方法还可以用于测定物质的电子密度、磁性、光学性质等物理性质。

此外，背散射衍射法还可以与其他技术相结合，如X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等，以实现更精确的物质分析。

这种方法的不足之处在于对样品的要求较高，需要具备一定的技术条件和设备支持。

总之，背散射衍射法是一种具有广泛应用价值的技术，它通过对物质中光的衍射现象进行分析，可以获取物质的结构和性质信息。

通过与其他技术的结合，背散射衍射法有望在未来的科学研究和技术开发中发挥更大的作用。

电子背散射衍射1电子背散射衍射的简介电子背散射衍射（Electron Back-Scatter Diffraction，EBSD）是晶体结构分析的一种传统方法，它是以电子束来替代X射线用于形变观察，广泛应用于金属材料组织及多孔性材料研究。

EBSD在研究中用于主动探测分子结构，其系统可以仅由单个晶体单元测定，从而可以以极低的效率读取电子微结构信息。

相比于X射线衍射，EBSD在晶体结构观察方面有较强的应用效果，特别是在研究深处球形低密度晶体和无晶格结构的材料的表征。

2基本原理EBSD是将电子束抛射到被观察的样品上，电子的射线的反射波会振动各个位置的原子，产生一个和电子光的特性提供的计算机图形表示的尖峰信号，收集这些尖峰信号可以计算出该样品晶体结构的方位。

EBSD是一种非破坏测试方法，可以准确获取样品的晶体结构信息，非常适合大面积测量。

在确定晶体结构时可以使用点状法，也可以使用条状法，其中点状法对非晶质样品、复杂结构样品和小尺寸样品更有效。

3主要用途1、EBSD用于研究晶体和低晶体的空间组织和多孔性，在于探测和辨识复杂的晶体结构和力学行为；2、EBSD用于研究金属材料和非晶质样品的晶界行为，例如调控材料厚度，研究其形变和特殊缺陷后的晶界演变状态；3、EBSD用来识别材料表面质量，分析迁移缺陷和外加压力的影响；4、EBSD也用于研究产品的性能，测量非晶态材料的非晶核尺寸和分布；5、EBSD也可以用来研究工程材料的拉伸性能，模型推导的工艺优化设计；6、EBSD对于研究织物纤维表面构造和孔洞分布，有很高的效率；7、EBSD也常用于研究表面磨损和磨耗性能，了解材料抗冲量等性能指标。

4问题和发展虽然EBSD技术具有很多优点，但存在一些问题，比如它的测量速度较慢，并且需要做许多设置，这可能会对科学家应用EBSD技术造成一定影响。

另外，由于EBSD需要较多的信号来绘制空间晶体结构图形，仅使用一个检测器可能无法获得足够的信号，因此EBSD的数据量会比一般电子显微镜大。

电子背散射衍射电子背散射衍射（ElectronBackscatterDiffraction，简称EBSD）是一种能够测量晶体中晶界的结构信息的技术，它可以用于研究材料的结构，以及晶体内部晶体缺陷的角色。

它是由电子束在晶体表面上发射产生的散射结果得出的，能够揭示细小晶体结构的构造特征，可以用于研究金属、块状结构以及半导体等材料。

电子背散射衍射由早期的修正非几何衍射衍射（MFD）和电子衍射衍射（EDD）开发而来，它在1973年被第一次用于探测晶体周期晶体的晶界，并由此释放出更多的晶体结构信息。

电子背散射衍射是一个重要的衍射技术，它通过测量电子在晶体表面的散射行为，能够测量出晶界的比例常数（lattice constants）以及晶体内部的衍射矢量。

因此，它可以用来分析晶体中重要结构特征，比如晶体布局、原子缺陷、晶体结构偏向以及结构异常等。

电子背散射衍射过程基本是由电子束发射得到的，这一过程是可逆的，因此它能够准确测量晶体内部晶界的结构信息，得到更多有用的结构信息。

除此之外，电子背散射衍射技术还拥有高精度，可以测量出晶体的衍射场的分辨率和精度，以及晶体内部结构的特征尺寸，这非常有利于结构特性的测量和分析。

电子背散射衍射技术有多种用途，比如高分辨率图像重构、快速结构成像、材料微结构分析、金属工艺反馈、非晶合金结构分析等，可以用来辅助设计和建模的结构分析。

它还可以用来研究材料的组成，晶体缺陷的角色，以及晶体结构的偏好性等。

总之，电子背散射衍射是一种重要的科学和工程技术，其中的技术可用于研究金属、材料、半导体等材料的晶体结构特征。

它不仅能够测量出晶体的衍射场的分辨率和精度，而且能够准确揭示晶体内部晶界的特征，这些特征对材料的性能及耐久性有着重要的影响。

另外，它还拥有多种应用，比如图像重构、快速结构成像、材料微结构分析等，可以用来辅助设计和建模的结构分析。

因此，电子背散射衍射是一种值得推崇的衍射技术。

说明背散射电子衍射取向衬度原理背散射电子衍射(EBSD)概述：背散射电子衍射(EBSD)是一项在扫描电镜中获得样品结晶学信息的技术。

EBSD将显微组织和晶体学分析相结合，可用来测量晶体取向、晶界取向差、鉴别物相、以及局部晶体完整性的信息。

与金相，投射，XRD，扫描等表征手段所得数据相比，EBSD数据信息量非常丰富，而且获取的晶粒取向信息更直观。

背散射电子衍射装置(EBSD)：是扫描电子显微镜(SEM)的附件之一，它能提供如晶间取向、晶界类型、再结晶晶粒、微织构、相辨别和晶粒尺寸测量等完整的分析数据。

EBSD数据来自样品表面下10-50nm厚的区域，且EBSD样品检测时需要倾转70°，为避免表面高处区域遮挡低处的信号，所以要求EBSD样品表面“新鲜”、清洁、平整、良好的导电性、无应力等要求。

背散射电子衍射(EBSD)形成原理：电子背散射衍射仪一般安装在扫描电镜或电子探针上。

样品表面与水平面呈 70°左右。

当入射电子束进入样品后，会受到样品内原子的散射，其中有相当部分的电子因散射角大逃出样品表面，这部分电子称为背散射电子。

背散射电子在离开样品的过程中与样品某晶面族满足布拉格衍射条件 2dsinθ =λ的那部分电子会发生衍射，形成两个顶点为散射点、与该晶面族垂直的两个圆锥面，两个圆锥面与接收屏交截后形成一条亮带，即菊池带。

每条菊池带的中心线相当于发生布拉格衍射的晶面从样品上电子的散射点扩展后与接收屏的交截线，如下图所示。

一幅电子背散射衍射图称为一张电子背散射衍射花样（EBSP）。

一张EBSP 往往包含多根菊池带。

接收屏接收到的 EBSP 经 CCD 数码相机数字化后传送至计算机进行标定与计算。

值得指出的是， EBSP 来自于样品表面约几十纳米深度的一个薄层。

更深处的电子尽管也可能发生布拉格衍射，但在进一步离开样品表面的过程中可能再次被原子散射而改变运动方向，最终成为 EBSP 的背底。