【正文】 射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? 各種電子及其信息 ? (iii)二次電子 ? 二次電子是被入射電子打出來(lái)的固體樣品本身的電子，它與入射電子或背散射電子相比，其能量是很低的，因此，只要在樣品表面施以幾伏的偏壓，便可控制二次電子的發(fā)射，圖 這種情況的示意圖。 圖 吸收電流附帶的原子序數(shù)之外的其它信息 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? 各種電子及其信息 ? (ii)吸收電子 ? 也就是說(shuō)，對(duì)于實(shí)際樣品，在入射電子作用下，由于放出了二次電子，所以使得用電流計(jì)測(cè)出的吸收電流比真正的吸收電流減小了。 圖 背散射電子的成分信息與凹凸信息分離觀察 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? 各種電子及其信息 ? (ii)吸收電子 ? 入射電子電流 iI與各種電子電流之間的關(guān)系，已經(jīng)在 ()表示出來(lái)了，但是，對(duì)于樣品厚度相當(dāng)大時(shí)，入射電子不能穿透樣品，可以看成穿透電流 iT=0，這時(shí)的入射電子電流可表示為： iI=iA+iB+iS () ? 為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，現(xiàn)在設(shè)二次電子電流 iS=C為一常數(shù)，則吸收電流 iA即為： iA=(iIC) () ? 即吸收電流與背散射電子電流存在互補(bǔ)關(guān)系，從而可以理解吸收電子與背散射電子是反映著關(guān)于樣品的同一信息。如果相減，則主要反映樣品的凹凸信息 。而對(duì)凹凸信息，雖然兩個(gè)探測(cè)器得到的信號(hào)絕對(duì)值相同，但極性卻恰好相反．根據(jù)這種道理。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? 各種電子及其信息 ? (i)背散射電子及其信息的分離觀察 ? 作為分離這兩種信息成分的觀察方法，是在對(duì)稱于入射電子束的方位上裝上一對(duì)背散時(shí)電子探測(cè)器，將左右兩個(gè)探測(cè)器各自得到的電信號(hào)，進(jìn)行電路上的加、減處理．便能得到單一信息。利用這一點(diǎn)，便可以知道樣品表面的凹凸?fàn)顩r，特此稱之為樣品的凹凸信息。將這種依據(jù)背散射系數(shù) r所得到的關(guān)于樣品的信息稱之為原子序數(shù)信息或者成分信息。 圖 鉛的質(zhì)量吸收系數(shù)與波長(zhǎng)的關(guān)系 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? 各種電子及其信息 ? (i)背散射電子及其信息的分離觀察 ? 背散射電子是由樣品反射出來(lái)的電子中能量較高的電子，也可以看成是入射電子在樣品表面受到散射向著反方向運(yùn)動(dòng)的一些電子。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (iv)吸收邊與熒光激發(fā) ? 如由圖 ，對(duì)應(yīng)著這樣的熒光激發(fā)狀態(tài)， K殼層有一個(gè)吸收邊、 L殼層有三個(gè)吸收邊，它表明當(dāng) X射線的波長(zhǎng)比吸收邊波長(zhǎng)短時(shí)，該殼層便可以被熒光激發(fā)。在不連續(xù)似置上的兩個(gè)質(zhì)量吸收系數(shù)值的比，稱為吸收邊躍遷率。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (iv)吸收邊與熒光激發(fā) ? 圖 。此外，上面表達(dá)式中的 Fe，雖然一般是指 FeK?線，但也可以是 FeK?線或 FeL?線等其它特征 X射線，然而這時(shí)因?yàn)楦髯缘牟ㄩL(zhǎng)不同，所以各自的質(zhì)量吸收系數(shù)當(dāng)然也就不一樣，因此，為了明確地表示出其羌別，避免引起誤會(huì)，常常為 (?/?)FeK?Co的形式 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (iii)X射線被物質(zhì)的吸收 ? 另外，當(dāng) X射線穿過(guò)由兩種以上元素構(gòu)成的物質(zhì)時(shí)，質(zhì)量吸收系數(shù)具有疊加性質(zhì)，通常用下式?jīng)Q示： ? (?/?) ＝ ?ci(?/?)i ? 式中的 ci是構(gòu)成物質(zhì)的第 i號(hào)元素在物質(zhì)中的重量濃度，它滿足?ci＝ 1。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (iii)X射線被物質(zhì)的吸收 ? 為了明確表示質(zhì)量吸收系數(shù)與 X射線及物質(zhì)種類的關(guān)系，可以寫成 (?/?)FeCo的形式，其中 Cr表示物質(zhì) (吸收體 )為 Cr； Fe表明 x射線為 FeK?線。如果設(shè)透過(guò)物質(zhì)的 X射線強(qiáng)度為 I，則 I可用下式表示： ? I＝ I0exp(?z) () ? 這里的 ?稱為線吸收系數(shù)，它取決于物質(zhì)的種類、密度和 x射線的波長(zhǎng)。這種特征 X射線強(qiáng)度，是與物質(zhì)中所含該元素的濃度成正比的。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (ii)特征 X射線 ? 關(guān)于 X射線的強(qiáng)度問(wèn)題，通常這個(gè)強(qiáng)度 (I)用下式來(lái)表示： I＝ CIiI(V0VK)n () ? 式中， CI對(duì)于確定的加速電壓 (V0)來(lái)講，近似于一個(gè)常數(shù)； iI為入射電流強(qiáng)度； VK為使特征 X射線得以產(chǎn)生的最低電壓 ——臨界激發(fā)電壓； n為一個(gè)常數(shù)，當(dāng) V0＜3VK時(shí)，則 n?2， V0＞ 3VK時(shí)，則 n＜ 2。 ? 從中可見(jiàn) K?1和 K?2兩條線的波長(zhǎng)非常相近，實(shí)際上，一般不 —定作為兩條線而分開，當(dāng)分開來(lái)的時(shí)候，稱為 K二重線，不分開，就簡(jiǎn)單的稱做 K?線。若將它用圖表示，即為圖 ，并且，波長(zhǎng) ?可以用下式做出最好的近似： ? ?＝ ?103/(Z1)2 () 圖 莫塞萊定律圖示 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (ii)特征 X射線 ? 在上面講到的各種特征 X射線當(dāng)中， K系列是最主要的，雖然 K系列的 X射線有好多條，但其強(qiáng)度最高的只有三條，即 K?1， K?和 K?。而是由構(gòu)成物質(zhì)的元素種類 (原子序數(shù) )所決定的。這樣，便存在一個(gè)能夠放射出特征 X射線的幾率問(wèn)題，我們將這個(gè)幾率稱熒光率或熒光產(chǎn)額。一般 K?線的強(qiáng)度約為 K?線強(qiáng)度的 l/5~1/7，不同元素其強(qiáng)度比例會(huì)有所不同。例如由 L殼層電子填補(bǔ) K殼層空位時(shí)所產(chǎn)生的 X射線稱為 K?線，而由M殼層電子填補(bǔ) K殼層空位時(shí)所產(chǎn)生的 x射線則稱為 K?線。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (ii)特征 X射線 ? 因?yàn)?K殼層及 L殼層等能級(jí)的能量大小是依照各種元素而具有確定值的，所以這時(shí)所放出的 X射線的能量 (也就是 X射線的波長(zhǎng) ) 是由元素來(lái)決定的，這便是該元素的特征 X射線。把這樣能量高的狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (ii)特征 X射線 ? 在通常情況下，原子處于基態(tài)，即在原子核周圍， K殼層上配置有 2個(gè)電子， L殼層有 8個(gè)電子， M殼層有 18個(gè)電子 … 。 圖 連續(xù) X射線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度的關(guān)系。將式 ()所表示的這個(gè)關(guān)系稱為道諾 —漢特關(guān)系。 (同時(shí)也表示出由 X射線激發(fā)產(chǎn)生的 X射線 ) 圖 由 35keV電子束和由其激發(fā)產(chǎn)生的 X射線各自激發(fā)產(chǎn)生的 X射線波長(zhǎng)與強(qiáng)度的關(guān)系（ Mo） X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (i)X射線的產(chǎn)生 ? 此外，前面已經(jīng)講過(guò)，電子撞擊到物質(zhì)上所失掉的能量大小是各不相同的。因此，也就發(fā)射出各種波長(zhǎng)的 X射線。沒(méi)這時(shí)放射出的能量為E，則 X射線的頻率 ?由下式表示： ? E＝ h? () ? 其中 h為普朗克常數(shù) ?1034J?s)。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? x射線的產(chǎn)生與 X射線的特性 ? (i)X射線的產(chǎn)生 ? 根據(jù)電磁學(xué)原理，帶電粒子在作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁波．而現(xiàn)在高速運(yùn)動(dòng)的電子與物質(zhì)相接擊，被物質(zhì)所阻止，即給電子一個(gè)與其運(yùn)動(dòng)方向相反的加速度，這樣產(chǎn)生出來(lái)的電磁波便是連續(xù) X射線。如此看來(lái)，擴(kuò)散區(qū)域的大小及電子在該區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方式 (散射形式 )，都會(huì)隨著加速電壓及物質(zhì)原子序數(shù)等的不同而有所差異，其大體情況如圖 。 ?圖 擴(kuò)散區(qū)域的定性說(shuō)明。這個(gè)區(qū)域的大小主要取決于入射電子的能量 (以能量而論即指單個(gè)電子或 X射線光量子的能量 )若以電壓而論，則為電子束的加速電壓 )和擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)的樣品密度。在這個(gè)過(guò)程中，一部分入射電子披散射到樣品之外成了背散射電子，其余的均為樣品所吸收而成為吸收電子。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? 這里，再簡(jiǎn)單地說(shuō)明一下樣品中電子與物質(zhì)相互作用范圍的大小。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? 圖 (EMF像 )的一例。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? 再有，當(dāng)樣品為半導(dǎo)體的接合部位時(shí)，由于電子的照射會(huì)使其產(chǎn)生電子、空穴對(duì)而形成電動(dòng)勢(shì)，因此，如果在樣品上裝一個(gè)適當(dāng)?shù)慕宇^，將其輸出信號(hào)引到儀器外面 (圖 )，便可以對(duì)這種樣品所形成的內(nèi)部電功勢(shì)進(jìn)行測(cè)量和觀察。圖 極熒光而得到的樣品圖像。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? 因此，真正轉(zhuǎn)化為 X射線顯微分析儀最主要的信號(hào)的能量只是入射電子能量的很少 —點(diǎn)。 圖 X射線顯微分析儀所采用的各種信號(hào) X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? 其次，我們?cè)賮?lái)考察一下入射電子的能量在樣品中將轉(zhuǎn)化為怎樣的形式。 圖 X射線顯微分析儀所采用的各種信號(hào) X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X射線顯微分析儀的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) ? 電子與物質(zhì)的相互作用 ? 電子與物質(zhì)相互作用 ? 如果把上述各種電子的強(qiáng)度，用電子數(shù)即電流來(lái)表示時(shí)，則入射電子的電流強(qiáng)度 iI可以用下式來(lái)表示： ? iI＝ iB－ iA－ iT－ iS (2． 4) ? 其中 iB、 iT、 iS即分別代表背散射電子、透射電子與二次電子的電流強(qiáng)度，而 iA為吸收電子電流強(qiáng)度。此外，入射電子將樣品中的電子打出樣品表面，產(chǎn)生出能量極小的所謂二次電子，其中也包括由于俄歇效應(yīng)而產(chǎn)生的具有特征能量的一種二次電子 —俄歇電子。現(xiàn)將其匯總起來(lái)表示在圖 ，也就是 X射線顯微分析儀所采用的各種信號(hào)。 X射線顯微分析儀 ? 2 原理 ? X