Elettrone retrodiffuso

Gli elettroni retrodiffusi ( elettroni retrodiffusi in inglese) sono elettroni derivanti dall'impatto di un fascio di elettroni, detti primario e un campione che sono riemessi direzione prossima alla loro direzione originale con una perdita di energia bassa. Questi elettroni primari si sono scontrati con i nuclei degli atomi nel campione e hanno reagito quasi elasticamente con essi.

Generale

Il fascio di elettroni primario e il campione possono essere quelli di un microscopio elettronico a scansione . In questo caso gli elettroni retrodiffusi hanno quindi un'energia relativamente alta, che arriva fino a 30 keV , e molto maggiore di quella degli elettroni secondari . Possono essere emessi a una profondità maggiore nel campione. Pertanto, se il segnale di elettroni retrodiffusi viene utilizzato per ricostituire un'immagine mediante scansione, la risoluzione ottenuta con gli elettroni retrodiffusi sarà relativamente bassa, dell'ordine di un micrometro o di pochi decimi di micrometro.

Dipendenza dal numero atomico

D'altra parte, le immagini prodotte con gli elettroni retrodiffusi beneficiano del fatto che questi elettroni sono sensibili al numero atomico degli atomi che costituiscono il campione. Gli atomi più pesanti (quelli con un gran numero di elettroni/protoni) riemetteranno più elettroni rispetto agli atomi più leggeri. Questa caratteristica sarà utilizzata per l'analisi di elettroni retrodiffusi. Le aree formate da atomi con un numero atomico elevato appariranno più luminose di altre, questo è contrasto di fase. Questo metodo sarà in grado di misurare l'omogeneità chimica di un campione e consentirà un'analisi qualitativa. La fluorescenza a raggi X sarà utilizzata per un'analisi quantitativa .

Efficienza di retrodiffusione, per numero atomico

B
B	VS	Al	sì	Fe	Co	Mo	Il	Pt	A
Z = 5	Z = 6	Z = 13	Z = 14	Z = 26	Z = 27	Z = 42	Z = 57	78	79
0,055	0,067	0,153	0,154	0.279	0.287	0,379	0,437	0,485	0,487

Rivelatori di elettroni retrodiffusi

Uno dei rivelatori di elettroni retrodiffusi è una singola giunzione , solitamente una giunzione Schottky . Si parla spesso di rivelatore a stato solido. Funziona sul principio della generazione di coppie elettrone-lacuna indotte nei materiali semiconduttori da un elettrone incidente dotato di una certa energia. Se la coppia elettrone-lacuna si crea nell'area deserta di una giunzione, gli elettroni liberi e le lacune si muovono in direzioni opposte, in modo che la carica raccolta sull'elettrodo esterno possa essere iniettata all'ingresso di un amplificatore di corrente. Il guadagno interno di questo diodo è tipicamente di 2.500 per elettroni incidenti di 10 keV.

Il guadagno del rivelatore è dato da

{\ displaystyle G = \ {\ frac {E} {e_ {i}}} \ (1-k \ \ eta)}

con

E è l'energia degli elettroni incidenti sul rivelatore
e i è l'energia necessaria per creare una coppia elettrone-lacuna (3,6 eV per il silicio) è la frazione di elettroni retrodiffusi dal rivelatore (0,164 per Si) k è un coefficiente tale che kE è l'energia media degli elettroni retrodiffusi (tip 0,5)
${\ displaystyle \ eta}$

Guadagno del rivelatore

Energia elettronica E (eV)
Energia elettronica E (eV)	Guadagno
20	5100
15	2800
9	2300

Lo spessore della zona deserta p di una giunzione Schottky è dato dalla formula classica:

{\ displaystyle V = \ q \ {\ frac {N \ p ^ {2}} {2 \ \ epsilon}}}

Dove V è la tensione inversa applicata al diodo o il potenziale di diffusione, in assenza di tensione applicata. q è la carica dell'elettrone, N è la concentrazione del drogante e la permittività del silicio, che dà p = 10 µm se V = 0,7 volt e N = 1014 a / cm 3 . $\ epsilon$

Lo spessore della zona deserta e lo spessore dello strato metallico della giunzione Schottky devono essere confrontati con la profondità di penetrazione degli elettroni in un solido, "electron range" in inglese. Questa profondità di penetrazione è data, ad esempio, dalla formula di Kanaya-Okayama.

{\ displaystyle R_ {KO} \ (\ mu m) = \ {\ frac {0.0276 \ A \ E_ {0} ^ {1.67}} {Z ^ {0.89} \ \ rho}}}

dove E 0 è l'energia incidente, in keV, A è la massa atomica , in g/mol, è la densità in g/cm 3 e Z è il numero atomico . Si presume che il raggio incidente sia normale alla superficie del diodo.

Profondità di penetrazione Kanaya-Okayamayama


	5 keV	10 keV	20 keV	30 keV
sì	0,38	1.22	3.93	7.67
A	0,085	0.27	0,86	1.7

(per diverse energie dell'elettrone incidente, caso di oro e silicio)

Note e riferimenti

JIGoldstein et al., Microscopia elettronica a scansione e microanalisi a raggi X , Plenum press (second.dit Eion, 1992), p.80
JIGoldstein et al., Microscopia elettronica a scansione e microanalisi a raggi X , Plenum press (second.dit Eion, 1992), p.181-186
JIGoldstein, p.87-89
JIGoldstein p.89

Vedi anche