扫描电子声显微镜(SEAM)具有独特的非破坏性的对表面及亚表面分层成像能力，并在众多材料和器件的性能研究与评价方面得到了广泛的应用。本论文介绍了SEAM实验系统和几种分层成像技术，并采用其中锁相放大器参考相位调节法，对半导体集成电路进行了SEAM分层成像实验；在分层成像的同时，还利用SEAM技术定征了样品的平均(等效)热扩散率。同时，本文着重研究了SEAM的分层成像深度剖面结构的定量分析：在SEAM分层成像实验研究的基础上，根据样品的热扩散率、电子束强度调制频率、锁相放大器参考相位，利用分层成像的理论推导结果，进行数值计算，从而实现分层成像深度剖面结构的定量分析，数值计算结果与实验结果相吻合。论文研究的主要工作如下：　　 1.SEAM分层成像实验的研究。在分层成像过程中，样品表面吸收周期性强度调制的电子束而产生热波，由于热弹效应而在样品中激发出声波。由于不同深度的热源具有不同的相位与幅值，因此产生的声信号的相位与幅值对应于不同的深度和结构。热波是高衰减波，所以特别适合于表面层附近结构的检测与分析。实验上利用压电换能器检测声信号，其输出的电信号通过锁相放大器以放大与其参考信号同频率、同相位的信号，抑制其余不同频率和相位的信号和噪声，因此可以增强特定频率和相位的声信号输出。根据检测到的不同相位的声信号，即可分析样品不同深度的结构，因而扫描电子声热波显微镜技术可以实现分层成像。　　 本实验室的SEAM系统是在扫描电子显微镜(SEM)的基础上，采用了LaB6灯丝代替钨灯丝；改进了计算机成像系统；增加了调制极板、斩波驱动电路、压电接收探头部分、前置放大器、锁相放大器、放大整形电路和A/D转换电路等7部分组件。在此基础上，本文成功的使用该系统对集成电路表面和亚表面进行了分层成像实验。　　 2.扫描电子声显微镜机理的研究。首先通过热扩散和热弹方程及相应边界条件计算出样品中的温度场和声场，采用格林函数法求得不同深度的热源所激发的声信号的振幅和相位。然后通过压电方程，得到不同深度的声源对压电换能器输出电子声信号的贡献，从而得到SEAM分层成像深度剖面定量分析的理论推导结果。　　 为了实现分层成像深度剖面的定量分析，还研究了样品的平均(等效)热扩散率的理论推导，得到压电换能器输出的电子声信号的振幅、相位与热扩散率之间的关系。　　 3.为定量分析了SEAM分层成像的深度剖面结构，研究了SEAM技术定征生物组织的热扩散率。利用SEAM技术测量材料的热扩散率，首先对己知热扩散率的紫铜材料进行了测量，得到了与公认值符合很好的紫铜样品的实验值，从而验证了SEAM系统测量材料的热扩散率是有效的。然后，对大鼠生物组织的热扩散率进行了测量，得到了具有微观不均匀结构的大白鼠生物组织的平均(等效)热扩散率值。在上述基础上，根据材料的热扩散率、电子束强度调制频率、锁相放大器参考相位，利用上述分层成像的理论推导结果，对SEAM实验所得分层图像的深度剖面结构进行数值计算，得到SEAM分层图像深度剖面结构的定量分析。