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常见的研究工具,神奇的妙用 精选

已有 17986 次阅读 2011-2-11 18:26 |个人分类:研究视野|系统分类:科普集锦| SEM, EBIC, 扫描电境, 扩展应用, 表面形貌

    科学网上很多博主以及读者可能有着理工科的背景,比如生物学,物理,化学,材料学等等领域。提起一种再常见不过的仪器,扫描电镜(Scanning Electron Microscope),大家可能众所周知,甚至自己亲手做过。它最常见的功用就是利用二次电子secondary electron (SE)成像来观察物体(样品)的表面形貌。不同于一般的光学显微镜,扫描电镜的放大倍数更高(~500K),有的甚至可以达到观察原子的级别。
 
 
    下面我谈一谈扫描电镜的另外两个重要且神奇的功用:(1)electron-beam-induced current (EBIC) 和(2)cathodoluminescence (CL),给大家提供一点信息。很多文章由于有了这两个方面的表征,文章不仅更加系统全面,而且档次一下子提起来,发到CNS,Nature子刊,JACS,AM, AFM, Nano Lett, Phys Review系列等不再是梦想。
 
    在阐述EBIC和CL的原理之前,首先看下面的一个简单图片,以给我们一个感性的认识:

 

    在上图中,都是在同一个区域测试的。(左)边的图像,就是我们一般常见的二次电子(SE)像,是看表面形貌的。对于这个样品,由于表面非常平坦,基本上看不出有用的价值信息。然而当我们把扫描电镜打到EBIC模式(中间的图片),我们就看到了非常漂亮的点状的和线条状的信息。然后当我们再转到CL模式 (右图),又发现了其他的信息,其中有些信息是和EBIC得到的信息是相对应的。

   

    有了上面的感性认识,那么再回到EBIC和CL是用什么来成像的,我们能从这两种模式中得到什么有用的信息。首先对EBIC来说,当用扫描电镜中的电子束轰击样品时,会在样品中产生载流子。我们一般常见的样品都不是完美的,都是有各种各样的缺陷的。在有缺陷的地方,载流子被复合的多,因而就会产生不同于其他没有缺陷地方的衬度,最后在图片中就会显示点状或线状的信息(如中图)。说得再通俗点,现在全世界都在大力开发太阳能电池。对于影响太阳能电池效率的各种缺陷,EBIC的技术表征提供了很多信息。

 

    CL的原理有点类似,也是利用载流子的复合。只不过EBIC提供的是样品的电学方面的信息,而CL是通过探测载流子复合时发出的光谱来表征样品的光学性能。现在用来做发光二极管LED的许多材料,在研究和比较它们的发光行为时,CL技术可以提供许多有用的信息。

 

    这里只举了一个简单的例子,和大家分享一下其实再常见不过的扫描电镜,如果挖深,也能得到许多神奇的妙用,我们做科研更是如此。有兴趣的朋友,可以参考下面的review文献继续深入了解。

   

    Assessment of semiconductors by scanning electron microscopy techniques,Comprehensive Semiconductor Science and Technology, 308-356 (2011) (Elsevier).

 

附文章下载:

CL-EBIC review.pdf

   



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