【能譜篇】什么是能譜？影響能譜定量的重要因素（上）

能量色散 X 射線譜 (能譜) 是一種檢測手段，它分析的是由入射電子束激發樣品原子所產生的 X 射線。能譜是電子顯微鏡中的常用技術，是一種快速、準確、無損的成分分析技術，這使得能譜在冶金、表面分析、礦物學等領域具有吸引力。

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

1. 電鏡的信號有哪些？它們來自哪里？

當電子束撞擊樣品時，隨著電子進一步穿透到樣品內部，會發生多種相互作用。在掃描電鏡中有三個最重要的信號，分別是背散射電子、二次電子、X 射線，如圖 1 所示。關于不同的信號來自于哪個深度，與高能量信號相比，樣品深處產生的低能量信號到達表面的概率更低。也就說，較低能量的信號更容易被樣品吸收，而較高能量的信號更容易被散射。

二次電子能量相對較低（通常 < 50eV），雖然在整個相互作用區中都可產生二次電子，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。背散射電子來自從樣品中散射逸出的入射電子。這種散射過程高度依賴于電子運動路徑上所遇到的原子。這意味著，可以從背散射電子信號中觀察出成分稱度差異。背散射電子的能量比二次電子高一個數量級，可以提供樣品更深處的成像信息。

X 射線在樣品內部相對較大的體積內產生，它們逸出樣品的過程中發生更多的相互作用。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于 X 射線能譜的定量解釋至關重要。我們將詳細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它們進行建模，以得到準確、一致的定量結果。

玻爾軌道模型對于理解入射電子如何產生 X 射線非常有用。該模型認為不同電子存在于原子核外不同的能級殼層。其中 K 層最靠近原子核，其能量低。從 K 層開始按字母順序，依次是 L 層和 M 層，依此類推。通常，前三個能級層與電鏡上 X 射線的分析最為相關。入射電子將較低能級層的電子激發到較高的能級層，該原子為了穩定，具有較高能量的外層電子將會返回并填充到原始能量較低的內層，在這個過程中就會釋放 X 射線。不同原子的能級結構是不同的，這意味著 X 射線的能量是每個原子的特征。

不同殼層之間存在一定能量差，而每個殼層又分為多個不同能量的次殼層。能譜中常見兩個字母的組合來命名 X 射線峰位置，其中第一個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的不同殼層回落到低能級殼層而激發產生的。例如，Kα  線和 Kβ 線都表示由高能級殼層向K殼層的躍遷，但是 Kα 是由 L 層向 K 層躍遷而產生，而 Kβ 則是由 L 層向 K 層躍遷而產生。躍遷產生的特征  X  射線的能量是不同能級能量之間的能量差，如圖 2 所示。

從激發態躍遷到基態可以通過一步躍遷或多步中間態躍遷而實現。例如 M 層電子躍遷到 K 層，可以由 M 層直接躍遷至 K 層而實現；也可以由多步躍遷實現：L 層的電子填充 K 層空位，隨后，M 層的電子躍遷至 L 層剛產生的空位。每個躍遷都會產生 X 射線的激發，激發 X 射線的能量的總和等于 K 層和 M 層之間的能級差。