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  • 走査反射電子顕微鏡(走査電子回折顕微鏡)

    SREM scanning reflection electron microscope,scanning electron diffraction microscope

    [目次:装置]

    試料表面での結晶成長を観察するためのSEM。結晶性試料の表面に浅い角度で電子プローブを入射させたときに起きる電子回折の特定の反射の強度を、像信号として利用する。電子回折パターンを観察するための蛍光スクリーンと特定の回折スポットを選択するための絞り(あるいは検出器)などが必要である。また、結晶成長をさせるための蒸着源が備えられている。像は回折コントラストで形成されるが、表面現象を扱うため超高真空の試料室が必要である。EBSDでは結晶方位分布が得られるのに対して、SREMでは局部的な回折条件の変化や単原子ステップなど単原子レベルの表面の微細構造を観察することができる。

    走査反射電子顕微鏡

  • 反射電子

    RE,BSE,BE reflected electron,backscattered electron

    [目次:理論]

    入射電子(一次電子)が試料に照射された際に、散乱の過程で後方散乱したもの。このため、後方散乱電子とも呼ばれる。図(a)は、20 keVの入射電子による放出電子のエネルギースペクトルである。反射電子は、約50 eVから最高値の20 keVまでの広い幅を持つ。スペクトルの中央付近に見られる小さなピークはオージェ電子である。
    反射電子が広いエネルギー幅を持つ理由は、入射電子(一次電子)が入射点近傍で弾性散乱してエネルギーを失わないまま試料外に飛び出すばかりでなく、非弾性散乱を繰り返してエネルギーを失いつつ後方散乱されるものがあるからである。
    反射電子は二次電子に比べてエネルギーが高いため、その脱出深さは二次電子の場合に比べて約2桁大きい。具体的には、入射電子のエネルギーが15 keVの場合、アルミニウムと鉄に対する反射電子の脱出深さは、それぞれ約0.7μmと約0.2μmである。試料の深い部位から放出した反射電子は、分解能の低下を招く。
    反射電子放出率の原子番号依存性を図(b)に示す。反射電子放出率は原子番号の増加に伴って単調に増加することがわかる。反射電子像では、この特性を利用して、試料中の組成の違いを明らかにできる。なお、二次電子放出率は原子番号との間に特定の相関がないので、二次電子像では組成の違いを明らかにすることはできない。
    反射電子放出量が、試料表面の入射電子に対する角度の違いによって変化することを図(c)に示す。反射電子の放出量は入射電子が鏡面反射する方向で大きくなる。したがって、検出器をある位置に固定すると、試料の凹凸によるコントラストが得られる。反射電子の強度は試料の凹凸に非常に敏感に変化するので、エッジを持たないなだらかな起伏に対してもコントラストがつく。一方、二次電子像で見られるエッジ効果がないため、微細で急峻なエッジを持つ凹凸に対しては二次電子像のようなシャープさは得られない。
    なお、反射電子は、試料表面近傍で二次電を励起したり、試料から飛び出したあとで対物レンズなどのSEMの構造物に衝突して、二次電子を励起したりすることがあり、それらの二次電子は、二次電子像の像質を低下させる。

    一次電子の入射によって試料から放出される電子のエネルギースペクトル→図(a)
    (一次電子のエネルギーが20 keVの場合)。
    約50 eVから最高値の20 keVまでのエネルギーを持って放出される電子を反射電子という。スペクトルの中央付近に見られる小さなピークはオージェ電子である。
    反射電子放出率の原子番号依存性→図(b)
    反射電子放出率は原子番号の増加に伴って単調に増加する。
    反射電子放出量の試料傾斜角による依存性→図(c)
    反射電子の放出量は入射電子が鏡面反射する方向で大きくなる。検出器をある位置に固定すると、検出器方向に直進したものだけが検出され、それ以外の方向に放出されたものは検出されないため、あたかも検出器から試料表面を照明しているような像が得られる。このことを利用して試料の凹凸によるコントラストが得られる。

    "Backscattered electron(s)" mean the electrons which are scattered backward against the incident electrons (primary electrons) in the electron-scattering process. These electrons are sometimes called "reflected electrons". Fig. (a) shows an energy spectrum of electrons emitted from a specimen for an incident electron probe of 20 keV. The energy of the backscattered electron ranges from about 50 eV up to 20 keV. Small peaks around the center of the spectrum are attributed to Auger electrons.
    A wide energy spread of the backscattered electron is due to the fact that the incident electrons repeat not only elastic scattering but also inelastic scattering along the incident electron path, and the electrons suffered by energy loss are emitted from the specimen.
    Since the energy of the backscattered electron is much larger than that of the secondary electron, the escape depth of backscattered electrons from the specimen is about two orders of magnitudes larger than that of secondary electron. As an example, when the incident electron energy is 15 keV, the escape depth of backscattered electrons for Al and Fe is about 0.7 μm and 0.2 μm, respectively. The backscattered electrons emitted from the deep region degrade the resolution.
    Fig. (b) shows the dependence of the backscattered electron coefficient on the atomic number. As the atomic number increases, the backscattered electron coefficient increases. Owing to this characteristic feature, the backscattered electron image reveals the compositional difference in the specimen. It should be noted that, since the secondary electron emission coefficient has no relation with the atomic number, the secondary electron image cannot distinguish the compositional difference.
    Fig. (c) shows the change of the backscattered electron emission with the angle of the specimen surface against the incident electron probe. The backscattered electron emission is large in the direction of the specular reflection of the incident electrons with respect to the specimen surface. Thus, when the detector is fixed at a certain position, the topographic image of the specimen is obtained. Since the backscattered electron intensity is very sensitive to the topography of the specimen, the image can reveal even gentle undulations of the specimen without sharp edges. It is, however, noted that the backscattered electron image does not provide the edge effect which appears in the secondary electron image. Thus, the backscattered electron image is less sharp than the secondary electron image for a specimen with very fine and sharp edges.
    It is noted that backscattered electrons can excite secondary electrons (SE2) near the specimen surface, and also hit the SEM components (objective lens, etc.) and excite secondary electrons (SE3). Those electrons degrade the quality of the secondary electron image.

    Energy spectrum of electrons emitted from a specimen for a primary electron probe of 20 keV.
    Fig.(a) Energy spectrum of electrons emitted from a specimen for a primary electron probe of 20 keV.
    Backscattered electrons are the electrons emitted from the specimen with an energy ranging from about 50 eV up to 20 keV. Small peaks around the center of the spectrum are attributed to Auger electrons.

    Dependence of backscattered electron coefficient on the atomic number.
    Fig.(b) Dependence of backscattered electron coefficient on the atomic number.
    As the atomic number increases, the backscattered electron coefficient also increases.

    Dependence of backscattered electron emission on the angles of the specimen surface against the incident electron probe.
    Fig.(c) Dependence of backscattered electron emission on the angles of the specimen surface against the incident electron probe.
    The backscattered electron emission is large in the direction of specular reflection of the incident electron probe with respect to the specimen surface. When the detector is fixed at a certain position, the detector detects only the backscattered electrons traveling straight into the detector and thus, an image as if the specimen illuminated from the detector is obtained. Owing to this characteristic feature, the topographic image of the specimen is obtained.

  • 反射電子検出器

    backscattered electron detector,BE detector,BSE detector

    [目次:装置]

    最も一般的な反射電子検出器はシリコン半導体検出器である。
    半導体検出器の原理は以下のとおりである。検出器にはP層とN層の間に真性領域のI層があるPIN型フォトダイオードを用いる。図1に示すように、検出器に反射電子が入ると、I層の電子・正孔対が励起され、自由電子と自由正孔に分離される。自由電子は、P層とN層にかけられた電圧によってN層へ、自由正孔はP層に流れる。この電流を増幅して反射電子像の形成に用いる。
    この検出器は薄板で、通常、円環状に整形されており、対物レンズの下面に張り付くように設置する。入射電子はその中央を通る。この配置では、検出器と試料の距離が小さいため、反射電子の検出効率が高い。さらに、他の様々なオプション検出器、例えば、元素分析のためのEDS検出器を挿入しても、相互の機械的な干渉が起こらず、組成像の観察と元素分析をスムーズに行うことができる。反射電子はエネルギーが高く、放出された地点から検出器に向かって直進して入射するため、二次電子の場合のように検出器に電圧をかけて収集することはしない。
    円環状のシリコン半導体の反射電子検出器は、2分割もしくは4分割されているものもあり、アニュラー半導体ペア検出器と呼ばれる。2分割された検出器からの出力信号を加算することにより、試料の組成像を得ることができる。逆に、減算することにより試料の凹凸像を得ることができる。
    最近では、円環状の対を成す検出器に加えて、低い角度に放出された反射電子を検出する第2の半導体検出器を備えた装置もある。この第2の検出器で低角に放出された反射電子を検出することによって、斜め方向からの照明効果が強調された立体感のある反射電子像が得られる。(これは、反射電子のうちで、検出器方向に直進したものだけが検出され、それ以外の方向に放出されたものは検出されないため、あたかも検出器から試料表面を照明しているような像が得られることを利用しているためである。)
    図2に、円環状の2分割検出器と低角度検出器の配置を示す。上は、検出器を上方から見た図、下は、上の図の破線部分を横方向から見た図で、対物レンズ、二次電子検出器を加えて、全体の配置を示す。
    高分解能SEMでは、半導体検出器を対物レンズの上側に配置し、試料から放出した反射電子を、対物レンズの中を通過させて検出するTTL(Through the lens)方式のものもある。この方式では、入射電子に近い高角度に放出された反射電子のみが検出され、試料の凹凸情報を含まない組成情報のみの信号が得られる。

    PIN型フォトダイオードに反射電子が入射したときの動作原理⇒図1

    半導体反射電子検出器の配置の模式図。⇒図2
    アニュラー半導体ペア検出器(AとB)および低角度検出器C。上は検出器の上方から見た図。下は、上の図の破線部分を横方向から見た図で、対物レンズと二次電子検出器および入射電子線を描き加えて全体の配置を示す。検出器Aと検出器Bに対する試料の凹凸による照明効果は、二つの検出器に対して照明方向が逆になるので、AとBの信号を加算すると凹凸のコントラストが消え、減算すると凹凸のコントラストが強調される。試料から放出された反射電子の中で、低角度で放出されたものを検出器Cで検出すると、照明効果がより強くなり、陰の部分が大きく(長く)なって、より立体感に富んだ像が得られる。

    The backscattered electron (BE) detector commonly used is a silicon semiconductor detector.
    The principle of the semiconductor detector (BE detector) is as follows. The detector uses a PIN-type photodiode, in which "I" layer (intrinsic region) exists between "P" layer and "N" layer. As shown in Fig. 1, when backscattered electrons enter into the detector, electron-hole pairs in "I" layer are generated and the pairs are separated into free electrons and free holes. When a voltage is applied between "P" layer and "N" layer, free electrons flow to "N" layer but free holes flow to "P" layer. By amplifying the electric current due to the flow of the free electrons and free holes, a backscattered electron image is formed.
    The BE detector is an annular thin plate and is attached to the bottom plane of the objective lens. The incident electrons pass through the center of the detector. Since the distance between the detector and specimen is small in this arrangement, the detection efficiency of backscattered electrons is high. Moreover, there is an enough space to install various optional detectors, for example an EDS detector and thus, no mechanical interference arises between those detectors. As a result, observation of the compositional image and elemental analysis are smoothly performed. It should be noted that any voltage is not applied to the detector unlike the case of the secondary electron detector because the backscattered electrons have a high energy and travel straight into the detector.
    The annular silicon semiconductor BE detector is often divided into a pair of two segments or a pair of four segments, called "annular semiconductor pair detector". When the output signals from both segments are added, the compositional image is formed. To the contrary, when the signals are subtracted between each pair of segments, the topographic image is produced.
    In recent years, there are SEM instruments equipped with another semiconductor detector for detecting backscattered electrons emitted at a low angle in addition to the annular semiconductor pair detector. Using the second detector, a backscattered electron image with a strong illumination effect or with more stereoscopic contrast can be obtained. (The reason for appearance of stereoscopic contrast is as follows: Since the detector detects only the backscattered electrons emitted at a low angle, such an image as if the specimen surface is illuminated at a shallow angle is obtained.)
    Fig. 2 shows the arrangements of the annular two-segmented pair detector and the low-angle BE detector. The upper figure is the top view (detector being viewed from the top). The lower figure shows the side view (detector being viewed from the side with respect to a dotted line in the upper figure) together with the arrangement of the objective lens and SE detector.
    High-resolution SEMs employ the semiconductor detector placed at the upper side of the objective lens in order to detect backscattered electrons passing through the objective lens (TTL (Through the Lens) method). In this case, as the backscattered electrons emitted at high angles are preferentially acquired, only the compositional image (not topographic image) is obtained.

    Action of a PIN-type photodiode for incoming backscattered electrons.
    Fig. 1 Action of a PIN-type photodiode for incoming backscattered electrons.

    Schematics of arrangements of backscattered electron semiconductor detectors of annular semiconductor pair detector (A and B) and Low-angle detector (C).
    Fig. 2 Schematics of arrangements of backscattered electron semiconductor detectors of annular semiconductor pair detector (A and B) and Low-angle detector (C). The upper figure is the top view (detector being viewed from the top). The lower figure shows the side view (detector being viewed from the side with respect to a dotted line in the upper figure) together with the arrangement of the objective lens (including the incident electron path) and SE detector.
    The illumination effect caused by the specimen topography is opposite to the detectors A and B. Thus, the addition of the signals to the detectors A and B makes the topographic contrast disappear. On the other hand, subtraction of the signal B from signal A emphasizes the topographic contrast. When the backscattered electrons emitted at low angles are detected using the detector C, a stronger shadowing effect arises or a greater stereoscopic image is formed.

  • 反射電子組成像

    compositional image in BE mode,compositional image in BSE mode,BSE compositional image

    [目次:理論]

    試料の平均原子番号の差(組成の違い)を示す反射電子像。
    試料の組成分布や単一組成領域の大きさを知ることができる。
    エネルギー分散型X線分光器(EDS)や波長分散型X線分光器(WDS)による元素分析を行うための事前観察にも使われる。
    反射電子の検出には、対物レンズと試料の間に、入射電子に対して対称に置かれた環状の半導体素子が用いられ、その素子を2分割もしくは4分割した物もある。2分割した検出器を使用した場合、反射電子組成像は、二つの検出器の出力信号の和を取ることによって得られる。
    また、2分割した検出器の出力信号の差を取ると、組成の違いによるコントラストが打ち消され、試料の凹凸による像が得られる。
    図にダイヤモンド砥石の反射電子組成像と反射電子凹凸像を示す。
    左の組成像ではダイヤモンドの粒子が黒く見えている。ダイヤモンドの反射電子放出率が小さいためである。白く見えている部分は反射電子放出率が大きい、すなわち炭素より重い原子が存在する場所である。二つの検出器からの出力信号の和を取っているために、試料の凹凸の効果は打ち消されている。
    右の凹凸像では、二つの検出器からの出力信号の差を取っているために、組成の違いによるコントラストは消え、表面の凹凸のみが見えている。

    反射電子組成像と反射電子凹凸像の比較→
    加速電圧: 10 kV, 試料: ダイヤモンド砥石
    左図の組成像では、反射電子放出率の小さいダイヤモンド粒子が黒く見えている。右図の凹凸像では、組成によるコントラストは消え、試料の凹凸のみが見えている。

    "BSE compositional image" means a backscattered electron image which exhibits the difference in the average atomic number (compositional difference) in a specimen.
    This image reveals the compositional distribution and the size of a mono-compositional area. In addition, the BSE compositional image is effectively used to specimen observation in advance of elemental analysis using an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) or a wavelength dispersive X-ray spectrometer (WDS) because the image provides an overall composition of the specimen.
    For detecting backscattered electrons, an annular semiconductor device (detector) placed symmetrically against the incident (primary) electron beam is used. The detector which is divided into a pair of two segments or a pair of four segments is also available.
    When the two-segmented detector is used, the BSE compositional image is obtained by adding the output signals from both pair of segments.
    To the contrary, when subtracting the output signals between each pair of segments by the use of this detector, the contrast due to compositional difference is canceled out and instead, the image formed by specimen topography is obtained.
    Figures below show a BSE compositional image (left) and a BSE topographic image (right) of a diamond grindstone.
    In the left compositional image, diamond particles appear dark (black) because the backscattered electron emission coefficient is small for diamond. To the contrary, the regions where atoms heavier than carbon exist, are seen to be bright (white). Since the sum of the addition of two output signals from the two detectors is collected, the topographic effect in the specimen is canceled out.
    In the right topographic image, the difference of the output signals between the two detectors is collected, and thus the compositional contrast disappears and only the topographic contrast of the specimen is observed.

    Comparison of BSE compositional image and BSE topographic image of a diamond grindstone, taken at an accelerating voltage of 10 kV
    Fig. Comparison of BSE compositional image and BSE topographic image of a diamond grindstone, taken at an accelerating voltage of 10 kV
    In the left compositional image, diamond particles are seen to be dark (black) because of a small backscattered electron emission coefficient of diamond. In the right topographic image, the compositional contrast disappears and only the topography of the specimen is observed.

  • 反射電子像

    backscattered electron image,BSE image

    [目次:理論]

    入射電子の弾性散乱によって放出された反射電子 (後方散乱電子) によって作られる像。試料の組成の違い (平均原子番号の差) を知ることができる。空間分解能は二次電子像には劣る。二次電子像で見られるエッジコントラストは見られない。また、エネルギーが高いため、試料表面の帯電の影響を受けにくい。
    原子番号が約40以下では、反射電子放出率の変化が大きいので、わずかな原子番号差でもコントラストが付く。例えば、原子番号が30付近では、平均原子番号の差が0.2~0.3あれば十分なコントラストが付き識別できる。具体的には、29 (Cu)  と30 (Zn)  の化合物の真鍮や、31 (Ga) と33 (As) の化合物半導体で、それぞれの原子が識別できる。
    通常、反射電子像の分解能は、二次電子像に比べて数倍~1桁程度悪くなる。その理由は、二次電子は表面から深さ10 nm程度の間から放出するのに対して、反射電子は表面から数 um (入射電圧に依存) の間から放出するため、試料表面に到達するまでに大きく拡散するためである。ただし、近年の高分解能SEMでは、入射電子のエネルギーが1kV以下での反射電子の検出が可能になっており、反射電子の拡散領域がきわめて小さく抑えられ、反射電子像の分解能は、同じ入射電子エネルギーで得られた二次電子像の分解能と差がない。
    また、反射電子像から試料表面の凹凸の様子を知ることができる。凹凸のある試料を観察すると、凹凸の片側に影がつき、立体感のある像が得られ、凹凸の判定に有効である。ただし、反射電子の拡散効果によって、二次電子像のようなエッジを強調した像 (エッジ効果) は作られない。
    図 (a) に、名刺に印刷された文字の部分の二次電子像と反射電子像を示す。文字のインクには重金属が含まれるため、反射電子像では紙の繊維部分に比べて明るいコントラストが現われている (組成コントラスト )。二次電子像では組成コントラストは見られない。ただし、試料には、チャージアップを避けるために表面にカーボンのコーティングが施されている。
    図 (b) に、カードエッジコネクターの電極表面の二次電子像と反射電子像を示す。二次電子像では凹凸の程度が分かりにくいが、反射電子像では強い斜め照明の効果によって凹凸の高低をしっかりと把握することができる。
    組成が均一な結晶性試料では、結晶の方位の違いが反射電子の放出に影響し、電子チャンネリングコントラストと呼ばれるコントラストが現われる。

    backscattered electron image
    二次電子像 (左) と反射電子像 (組成コントラスト) (右) の対比
    加速電圧: 15 kV, 試料: カーボンコートした名刺の文字部分 (中央)
    反射電子像では文字部分が非常に明るくなっている。
    backscattered electron image
    二次電子像と反射電子像 (凹凸コントラスト) の対比
    試料: カードエッジコネクターの電極, 加速電圧: 10 kV
    反射電子像では強い斜め照明の効果によって凹凸の高低が明瞭に見える。

    "Backscattered electron image" means an image formed by backscattered (reflected) electrons which are emitted by elastic scattering of the incident (primary) electrons. A backscattered electron image reveals the compositional difference in a specimen (difference in the average atomic number). Its spatial resolution is low in comparison with that of the secondary electron image. The edge contrast does not occur, which appears in the secondary electron image. The backscattered electron image is less affected by electric charging on the specimen surface than the secondary electron image because the backscattered electrons have a high energy.
    The backscattered electron emission rate (coefficient) greatly changes for the atoms with an atomic number up to 40. Thus, the backscattered electron image is sensitive to a small difference of atomic number for a specimen with such atomic numbers. For example, for a specimen with an atomic number near 30, if the difference in average atomic number is more than 0.2 to 0.3, a sufficient difference in the image contrast can be recognized. Specifically, each atom can be identified for brass composed of Cu (29) and Zn (30), and for a compound semiconductor of Ga (31) and As (33).
    In general, the spatial resolution of the backscattered electron image is worse than that of the secondary electron image, namely several times to one order of magnitude lower. The reason for this is as follows. Although secondary electrons are emitted from a small depth of only 10 nm from the surface, the backscattered electrons are emitted from a large depth of a few micrometers from the surface (depending on the accelerating voltage of the incident beam). This gives rise to a large diffusion for the backscattered electrons until to reach the specimen surface, resulting in a low resolution. However, the recent high-resolution SEM enables the detection of backscattered electrons even for the incident electron energy as low as 1keV or less. Thus, the diffusion region of the backscattered electrons is suppressed extremely small, and then, the backscattered electron image produces a high resolution comparable to that of the secondary electron image taken by the same incident electron energy.
    The backscattered electron image also shows the topography of the specimen surface. When an uneven specimen is observed, a shadow is produced on one side of a tilted face, enabling acquisition of a stereoscopic (shadow) image.
    However, an edge-emphasized image formed by secondary electrons cannot be obtained due to the diffusion effect of the backscattered electrons.
    Fig. (a) shows a set of a secondary electron image and a backscattered electron image of the letter-printed part on a name card. Since the ink of letters contains heavy metals, the backscattered electron image shows a brighter contrast than that of the fiber part of the name card (compositional contrast). The compositional contrast is not seen in the secondary electron image. It is noted that, the surface of this specimen is carbon-coated to avoid electric charging.
    Fig. (b) shows a set of a secondary electron image and a backscattered electron image of the surface of an electrode of a card-edge connector. The backscattered electron image reveals the specimen topography stereoscopically owing to a strong oblique illumination effect. It should be noted that the secondary electron image does not show the stereoscopic contrast.
    It is noted in addition, for a crystalline specimen with a uniform composition, the backscattered electron image shows so-called the electron channeling contrast due to a difference in crystal orientation.

    backscattered electron image
    Fig. (a) Comparison of a secondary electron image (left) and a backscattered electron image (right) of the letter part of a carbon-coated name card (seen at the center of both images), taken at an accelerating voltage of 15 kV.
    In the backscattered electron image, the letter part appears very bright (compositional contrast).

    backscattered electron image
    Fig. (b) Comparison of a secondary electron image (left) and a backscattered electron image (right) of the surface of an electrode of a card-edge connector, taken at an accelerating voltage of 10 kV.
    In the backscattered electron image, topographic details of the specimen are stereographically observed owing to a strong oblique illumination effect (topographic contrast).

  • 反射電子放出率

    backscattered electron yield,backscattered electron coefficient,backscatter yield,backscatter coefficient

    [目次:理論]

    試料に入射する電子(一次電子)の数と、試料の表面から放出される反射電子の数の比。
    反射電子放出率ηは試料に入射する一次電子電流Ipと試料から放出される反射電子電流Ibの比、すなわちη=Ib/Ipとして定義される。
    反射電子放出率ηは、図(a)に示すように、試料を構成する物質の原子番号に依存する。このため、反射電子像では組成の違いを検出することができる。
    また、反射電子の試料表面からの放出率ηは、入射電子線が試料面に対して鏡面反射する方向に大きくなる。図(b)にその様子を示す。すなわち、傾斜した試料面に角度αで電子が入射すると、反射電子は角度αの方向(太い青線の方向)に強く放出され、エネルギーが高いため(入射電子とほぼ同じエネルギーを持つ)そのまま直進する。したがって、反射電子の進行方向に検出器があれば、反射電子が効率的に検出される。このため、反射電子像では、検出器の置き方によって、試料に対してある方向から光を当てたように、凹凸が立体的に見える照明効果が現れる。

    反射電子放出率ηの原子番号依存性→図(a)
    反射電子放出の試料の傾斜角度依存性→図(b)
    弾性散乱した反射電子は、入射電子線が試料表面に対して鏡面反射する方向に強い強度を持つ。したがって、検出器の位置によって反射電子の検出量が大幅に変わる。反射電子像には強い照明効果が現われる。

    The ratio of the number of backscattered electrons emitted from a specimen to the number of incident electrons (primary electrons) onto the specimen. The emission ratio (coefficient) η is defined as Ib/Ip, where Ib is the electric current of the backscattered electrons and Ip is the electric current of the primary electrons.
    As shown in Fig. (a), the emission coefficient η is dependent on the atomic number of a material. Thus, the compositional difference of a specimen is revealed using a backscattered electron image.
    Furthermore, the emission coefficient η is large in the direction of specular reflection of the incident electron beam with respect to the specimen surface. Fig. (b) shows the characteristic feature of the specular reflection. That is, when the primary electron beam is incident on an inclined specimen surface with an angle α, backscattered electrons are strongly emitted in the direction of angle α (shown by a thick blue line) with respect to the specimen surface. Those emitted electrons travel straight because of their high energy (similar to that of the primary electrons). When a detector is placed in the travel direction of the backscattered electrons, they are detected with a high efficiency. As a result, strong topographic contrast, which depends on the position of the detector, is obtained as if the specimen is illuminated from a definite direction (illumination effect).

    Dependence of backscattered electron emission coefficient η on the atomic number
    Fig. (a) Dependence of backscattered electron emission coefficient η on the atomic number

    Dependence of backscattered electron emission on the angle of the specimen surface against the incident electron probe.
    Fig. (b) Dependence of backscattered electron emission on the angle of the specimen surface against the incident electron probe.
    Elastically-scattered backscattered electrons have a strong intensity in the direction of the specular reflection of the incident electron beam with respect to the specimen surface. Thus, the detected intensity of the backscattered electrons largely changes with the position of the detector. The backscattered electron image shows a strong illumination effect.

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