能量色散 X 射線譜 (能譜) 是一種檢測(cè)手段，它分析的是由入射電子束激發(fā)樣品原子所產(chǎn)生的 X 射線。能譜是電子顯微鏡中的常用技術(shù)，是一種快速、準(zhǔn)確、無(wú)損的成分分析技術(shù)，這使得能譜在冶金、表面分析、礦物學(xué)等領(lǐng)域具有吸引力。

飛納臺(tái)式掃描電鏡為各種樣品的能譜分析提供了*集成的自動(dòng)化解決方案。飛納電鏡的能譜采用可靠的成分分析解決方案，在不影響分析質(zhì)量的前提下可以快速獲得分析結(jié)果，適合于各類(lèi)用戶(hù)。

1. 電鏡的信號(hào)有哪些？它們來(lái)自哪里？

當(dāng)電子束撞擊樣品時(shí)，隨著電子進(jìn)一步穿透到樣品內(nèi)部，會(huì)發(fā)生多種相互作用。在掃描電鏡中有三個(gè)最重要的信號(hào)，分別是背散射電子、二次電子、X 射線，如圖 1 所示。關(guān)于不同的信號(hào)來(lái)自于哪個(gè)深度，與高能量信號(hào)相比，樣品深處產(chǎn)生的低能量信號(hào)到達(dá)表面的概率更低。也就說(shuō)，較低能量的信號(hào)更容易被樣品吸收，而較高能量的信號(hào)更容易被散射。

二次電子能量相對(duì)較低（通常 < 50eV），雖然在整個(gè)相互作用區(qū)中都可產(chǎn)生二次電子，但只有樣品表面的二次電子才可以逸出材料表面，從而被檢測(cè)到，這種特性使得二次電子可以提供更好的形貌信息成像。背散射電子來(lái)自從樣品中散射逸出的入射電子。這種散射過(guò)程高度依賴(lài)于電子運(yùn)動(dòng)路徑上所遇到的原子。這意味著，可以從背散射電子信號(hào)中觀察出成分稱(chēng)度差異。背散射電子的能量比二次電子高一個(gè)數(shù)量級(jí)，可以提供樣品更深處的成像信息。

X 射線在樣品內(nèi)部相對(duì)較大的體積內(nèi)產(chǎn)生，它們逸出樣品的過(guò)程中發(fā)生更多的相互作用。這就使得 X 射線的能量低于入射電子能量。了解這些相互作用對(duì)于 X 射線能譜的定量解釋至關(guān)重要。我們將詳細(xì)闡述影響能譜定量的重要因素，并展示飛納電鏡的軟件如何對(duì)它們進(jìn)行建模，以得到準(zhǔn)確、一致的定量結(jié)果。

玻爾軌道模型對(duì)于理解入射電子如何產(chǎn)生 X 射線非常有用。該模型認(rèn)為不同電子存在于原子核外不同的能級(jí)殼層。其中 K 層最靠近原子核，其能量低。從 K 層開(kāi)始按字母順序，依次是 L 層和 M 層，依此類(lèi)推。通常，前三個(gè)能級(jí)層與電鏡上 X 射線的分析最為相關(guān)。入射電子將較低能級(jí)層的電子激發(fā)到較高的能級(jí)層，該原子為了穩(wěn)定，具有較高能量的外層電子將會(huì)返回并填充到原始能量較低的內(nèi)層，在這個(gè)過(guò)程中就會(huì)釋放 X 射線。不同原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)是不同的，這意味著 X 射線的能量是每個(gè)原子的特征。

不同殼層之間存在一定能量差，而每個(gè)殼層又分為多個(gè)不同能量的次殼層。能譜中常見(jiàn)兩個(gè)字母的組合來(lái)命名 X 射線峰位置，其中第一個(gè)字母表示電子回落到的殼層，而后面的希臘字母則表示由高能級(jí)的不同殼層回落到低能級(jí)殼層而激發(fā)產(chǎn)生的。例如，Kα  線和 Kβ 線都表示由高能級(jí)殼層向K殼層的躍遷，但是 Kα 是由 L 層向 K 層躍遷而產(chǎn)生，而 Kβ 則是由 L 層向 K 層躍遷而產(chǎn)生。躍遷產(chǎn)生的特征  X  射線的能量是不同能級(jí)能量之間的能量差，如圖 2 所示。

從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)可以通過(guò)一步躍遷或多步中間態(tài)躍遷而實(shí)現(xiàn)。例如 M 層電子躍遷到 K 層，可以由 M 層直接躍遷至 K 層而實(shí)現(xiàn)；也可以由多步躍遷實(shí)現(xiàn)：L 層的電子填充 K 層空位，隨后，M 層的電子躍遷至 L 層剛產(chǎn)生的空位。每個(gè)躍遷都會(huì)產(chǎn)生 X 射線的激發(fā)，激發(fā) X 射線的能量的總和等于 K 層和 M 層之間的能級(jí)差。