후방 산란 전자(Backscattered electron, BSE)의 의미와 원리

주사 전자 현미경(SEM)에서 전자(electron)는 샘플과 상호 작용하고 이미지를 생성하는 데 사용되는 신호를 생성합니다. 생성되는 신호 중 하나로 후방 산란 전자(Backscattered electron, BSE)가 있습니다. 

 

후방 산란 전자(Backscattered electron, BSE)란?

BSE는 SEM 빔의 고에너지 전자가 샘플의 원자와 상호 작용할 때 샘플의 후방으로 산란되는 전자입니다. 전자가 물질에 대해 수직에 가까운 방향으로 충돌하는 경우, 물질의 양의 핵에 이끌리지 않고 시료 밖으로 튀어나가게 됩니다. BSE의 에너지와 각도는 샘플의 원자 번호, 밀도 및 표면 지형에 따라 달라집니다. 원자 번호가 높은 물질은 원자 번호가 낮은 물질보다 BSE를 더 많이 생성하는 경향이 있습니다.

 

후방 산란 전자(Backscattered electron, BSE)의 생성 원리

BSE는 SEM 빔의 고에너지 전자가 샘플의 원자와 상호 작용할 때 생성됩니다. 이러한 상호 작용은 탄성 산란과 비탄성 산란을 통해 발생할 수 있습니다.

탄성 산란: 입사된 전자는 샘플 원자와 충돌하고 여러 다른 방향으로 흩어집니다. 일부 전자는 후방으로 산란되어 BSE로 감지됩니다.

비탄성 산란: 입사된 전자는 샘플 원자와 충돌하면서 에너지를 잃게 됩니다. 여기에서 발생된 에너지 손실은 2차 전자 또는 광자의 방출 또는 X선의 생성으로 이어질 수 있습니다.

 

BSE의 역할

Contrast: BSE는 샘플의 원자 번호와 밀도에 따라 후방 산란 전자의 양이 달라지기 때문에 SEM 이미지에서 contrast를 만듭니다. 원자 번호와 밀도가 높은 샘플은 후방 산란 전자를 더 많이 생성하고 SEM 이미지에서 더 밝게 나타납니다.

원소 분석: BSE의 강도는 샘플의 원자 번호에 비례하기 때문에 BSE를 이용하여 원소 분석을 할 수 있습니다.

표면 분석: BSE의 양은 SEM 빔의 입사 각도에 따라 달라지기 때문에 SEM 이미지에서 BSE를 사용하여 표면의 morphology 등을 나타낼 수 있습니다.

결정 구조: 후방 산란 전자는 샘플의 결정 방향에 따라 다르기 때문에 SEM 이미지에서 샘플의 결정 구조를 밝히는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 원리를 이용하여 EBSD(Electron Backscatter Diffraction) 분석이 가능하게 됩니다.

 

후방 산란 전자(Backscattered electron, BSE)