扫描电子显微镜(SEM)利用电子束从纳米尺度的样品中获取信息。所检测到的主要信号类型是背散射电子(BSE)和二次电子(SE)，它们在高倍率下生成样品的灰度图像。
然而，还有许多其他的电子与样品表面物质相互作用的产物——这些信号可以提供关于样品的额外信息。在这篇推文中，我们将阐述扫描电镜中的能谱(EDX)是如何工作的。
电子 — 与样品表面的相互作用
入射电子与样品表面的物质相互作用产生了各种各样的信号，这些信号携带了关于样品的不同信息 (图1)。例如，背散射电子产生的图像与原子序数的差异有关; 二次电子给出了形貌细节信息，阴极发光可以提供关于电子结构和材料化学成分的信息; 透射电子可以描述样品的内部结构和晶体学。在扫描电镜中广泛使用的另一种信号是X射线。
图1：电子物质相互作用中产生不同信号的例证
扫描电镜中能谱的原理每个原子都有一个特的电子数，它们在特定位置的正常条件下存在，如图2所示。这些位置属于特定的轨道，它们拥有不同的、离散的能量。
SEM中X射线的生成一共有两个步骤。
在步中，电子束撞击样品并将部分能量转移到样品的原子上。这种能量可以被原子的电子用来“跳跃”到具有更高能量的能量轨道，或者是脱离原子。如果发生这样的转变，电子就会留下一个空位。空位相当于一个正电荷，在这个过程的第二步，空位会吸引来自高能量轨道的电子补进来。当这样一个高能量轨道的电子填满了低能量轨道的空位时，这种转换的能量差可以以X射线的形式释放出来。X射线的能量是通过这两个轨道之间能量差的特征所展现出来的。
它取决于原子序数，是每个元素的属性。所以，X射线是每个元素的“指纹”，可以用来识别样品中存在的元素的类型。
X射线生成过程：1)将能量转移到原子电子上，使其脱离生成一个空位，2)空位由更高能量的另一个电子填充，并释放出X射线。
EDX能谱分析：X射线如何工作
与BSE，SE和TE不同，X射线是电磁辐射，就像光一样，由光子组成。为了检测它们，新的系统使用了硅漂移探测器(SDD)。由于其具有更高的计数率、更好的分辨率和更快的分析能力，都优于传统的Si(Li)探测器。这些探测器被置于一个特定角度，非常接近样品，并且有能力测量X射线的光子能量。探测器与样品之间的立体角越高， X射线检测概率越高，因此获得更佳结果的可能性也越大。
典型的EDX光谱：y轴描述X射线数量，x轴是X射线的能量。峰的位置是对元素的识别，峰高有助于对样品中各元素浓度的量化。
由EDX分析产生的数据包含了样品中所有不同元素对应的峰值的光谱。在图3中可以看到，每一个元素都有特能量的特征峰。
此外，EDX可以用于定性(元素的类型)以及定量(样本中每个元素的浓度百分比)的分析。在大多数SEM中，专用软件可以自动识别峰值，并计算检测到的每个元素的原子百分比。EDX技术的另一个优点是，它是一种非破坏性的表征技术，需要很少或不需要样品的制备。
本文编辑：蔡司一级代理昆山友硕
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