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(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,，適合于各類用戶。

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,，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(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,。

圖 1 入射電子的典型相互作用區(qū)在一到幾百立方微米之間,。主要取決于入射電子的加速電壓。不同深度可檢測到的信號(hào)也不同：最靠近表面,，主要產(chǎn)生二次電子,；更深處，主要產(chǎn)生 X 射線,。

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 層開始按字母順序,，依次是 L 層和 M 層,，依此類推。通常,，前三個(gè)能級(jí)層與電鏡上 X 射線的分析相關(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,。能譜中常見兩個(gè)字母的組合來命名 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,。