掃描電鏡另外兩個重要的功用你了解嗎？

（1）electron-beam-induced current 和（2）cathodoluminescence 。

可能大家不了解electron-beam-induced current和cathodoluminescence是什么意思，在這里給大家解釋下electron-beam-induced current是電子束感生電流，是應(yīng)用掃描電子顯微鏡 對GaP半導(dǎo)體材料的 p n結(jié)進(jìn)行線掃描 ，得到電子束感生電流 (EBIC)的線掃描曲線 。而cathodoluminescence是陰極射線致發(fā)光，最常見的陰極射線發(fā)光是電視、雷達(dá)、示波器、計算機(jī)的熒光屏的發(fā)光。

 

電子束誘導(dǎo)電流高能電子束照射到有勢壘的半導(dǎo)體上所產(chǎn)生的電流。電子束誘導(dǎo)電流的形成過程是：當(dāng)高能電子束與半導(dǎo)體相互作用時，由于碰撞電離，在轟擊區(qū)會產(chǎn)生大量的電子一空穴對；在勢壘區(qū)兩邊一個擴(kuò)散長度內(nèi)的電子或空穴就能擴(kuò)散到勢壘區(qū)而被勢壘電場所分開，在外電路上輸出一個比電子束流大得多的誘導(dǎo)電流。電子束誘導(dǎo)電流圖象是掃描電子顯微鏡的一個重要工作模式，它的主要應(yīng)用有：

①PN結(jié)性能的研究與鑒定；

②半導(dǎo)體中的原生缺陷與二次缺陷的觀察與研究；

③半導(dǎo)體器件與集成電路的失效分析；

④微區(qū)域半導(dǎo)體材料特性參數(shù)，如擴(kuò)散長度、少子壽命以及深能級等的測量與分析。

 

電子束激發(fā)的發(fā)光。最常見的陰極射線發(fā)光是電視、雷達(dá)、示波器、計算機(jī)的熒光屏的發(fā)光。這是目前最重要的顯示手段。這種發(fā)光的激發(fā)過程是：能量大約在幾千電子伏以上的高速電子打到熒光粉表面時，大部分都可進(jìn)入材料內(nèi)部。產(chǎn)生速度越來越低的"次級"電子，直到發(fā)光體中出現(xiàn)大量的能量在幾電子伏到十幾電子伏的低速電子。主要是這些低能量的電子激發(fā)發(fā)光材料。入射電子的能量一般大于幾千電子伏，因此一個入射電子在一微米左右的距離內(nèi)可能產(chǎn)生上千個有激發(fā)能力的次級電子，激發(fā)密度很高。另一方面，由于次級電子的能量分布在幾電子伏到十幾電子伏的很寬范圍內(nèi)，因而能將發(fā)光體激發(fā)到多種激發(fā)態(tài)。所以，許多物質(zhì)在陰極射線激發(fā)下容易發(fā)光。

射入熒光屏的電子如不及時傳導(dǎo)出去而積累起來，熒光屏就會帶負(fù)電，并使后來到達(dá)的電子受到排斥作用，因而使發(fā)光減弱下來。熒光粉多數(shù)是絕緣體，又涂在玻璃上，因此在制作陰極射線管時必須考慮如何導(dǎo)出入射的電子，以保持屏的電勢不變。通常的辦法是在粉屏上薄薄地蓋一層鋁，將鋁層接正極。也可以選擇適當(dāng)?shù)碾妷海挂莩龅拇渭夒娮訑?shù)目和進(jìn)入屏內(nèi)的電子數(shù)目相等，避免電荷積累。

為了得到較高的亮度，加速電子的電壓通常在幾千伏以上，彩色電視甚至高達(dá)二、三萬伏。這樣，發(fā)光屏的亮度就可亮到白天也可以看電視。投影電視是將熒光屏上的影像投射到約1平方米的大屏幕上，這就要求原來的熒光屏有更高的亮度。軍用飛機(jī)座艙里所用陰極射線管顯示，亮度也要求很高。投影電視和座艙顯示的熒光屏亮度一般為日光燈表面亮度的幾倍，甚至10倍以上。但并不是所有的陰極射線發(fā)光都使用高電壓。所謂熒光數(shù)碼管(也叫真空熒光管)就是只用20～30伏電壓的陰極射線發(fā)光顯示。這里用的發(fā)光材料是ZnO，它的導(dǎo)電性能很好，因此可以用低壓大電流激發(fā)而不導(dǎo)致電荷積累。由于電流達(dá)1毫安以上，所以亮度相當(dāng)高。某些發(fā)光材料經(jīng)過特殊處理，也可以在低壓下發(fā)較強(qiáng)的光。

由于陰極射線發(fā)光需要在真空中進(jìn)行，用它做的器件不能太大，是技術(shù)上的一個限制。陰極射線發(fā)光還可以作為一種分析手段來研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和成分。掃描電子顯微鏡就有專門的檢測發(fā)光的部件，可以觀察樣品的陰極射線發(fā)光像，并同樣品的形貌像以及次級電子像進(jìn)行對比。最近更發(fā)展到測量微區(qū)的陰級射線發(fā)光的強(qiáng)度、光譜和余輝，從而獲得微區(qū)內(nèi)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、缺陷和雜質(zhì)情況的信息，這對材料科學(xué)有很大的作用。

 

下面給大家闡述EBIC和CL的原理，首先看下圖，以給我們一個感性的認(rèn)識：

在上圖中，都是在同一個區(qū)域測試的。左邊的圖像，就是我們一般常見的二次電子像，是看表面形貌的。對于這個樣品，由于表面非常平坦，基本上看不出有用的價值信息。然而當(dāng)我們把掃描電鏡打到EBIC模式（中間的圖片），我們就看到了非常漂亮的點(diǎn)狀的和線條狀的信息。然后當(dāng)我們再轉(zhuǎn)到CL模式 ，又發(fā)現(xiàn)了其他的信息，其中有些信息是和EBIC得到的信息是相對應(yīng)的有了上面的感性認(rèn)識，那么再回到EBIC和CL是用什么來成像的，我們能從這兩種模式中得到什么有用的信息。首先對EBIC來說，當(dāng)用掃描電鏡中的電子束轟擊樣品時，會在樣品中產(chǎn)生載流子。我們一般常見的樣品都不是完美的，都是有各種各樣的缺陷的。在有缺陷的地方，載流子被復(fù)合的多，因而就會產(chǎn)生不同于其他沒有缺陷地方的襯度，最后在圖片中就會顯示點(diǎn)狀或線狀的信息（如中圖）。說得再通俗點(diǎn)，現(xiàn)在全世界都在大力開發(fā)太陽能電池。對于影響太陽能電池效率的各種缺陷，EBIC的技術(shù)表征提供了很多信息。

CL的原理有點(diǎn)類似，也是利用載流子的復(fù)合。只不過EBIC提供的是樣品的電學(xué)方面的信息，而CL是通過探測載流子復(fù)合時發(fā)出的光譜來表征樣品的光學(xué)性能?，F(xiàn)在用來做發(fā)光二極管LED的許多材料，在研究和比較它們的發(fā)光行為時，CL技術(shù)可以提供許多有用的信息。