掃描式電子顯微鏡（英語：Scanning Electron Microscope，縮寫為SEM）使用電子束從奈米尺度的樣品中獲取資訊。檢測到的主要信號類型是背散射電子（BSE）和二次電子（SE），它們在高倍率下生成樣品的灰度圖像。然而，還有其他來自電子與樣品表面物質相互作用的信號——這些可以提供關於樣品更多額外的資訊。在下面文章中，我們將闡述如何使用掃描式電子顯微鏡SEM進行能量色散X射線（英文簡稱：EDX或稱EDS）分析。
電子 —— 與樣品表面的相互作用
入射電子與樣品表面的物質相互作用產生了多樣的信號，這些信號攜帶了關於樣品的不同資訊 （圖1）。例如，背散射電子產生的圖像與原子序數的差異有關; 二次電子給出了形貌細節資訊，陰極發光可以提供關於電子結構和材料化學成分的資訊; 透射電子可以描述樣品的內部結構和晶體學。在掃描式電子顯微鏡(SEM)中廣泛使用的另一種信號是X射線。
掃描式電子顯微鏡(SEM)中EDS的原理
每個原子都有一個獨特的電子數，它們存在於常態下之特定位置，如圖2所示。這些位置屬於特定的軌道，它們擁有不同的、離散的能量。
SEM中X射線的生成一共有兩個步驟。在第一步中，電子束撞擊樣品並將部分能量轉移到樣品的原子上。這種能量可以被原子的電子用來“跳躍”到具有更高能量的能量軌道，或者是脫離原子。如果發生這樣的轉變，電子就會留下一個空位。空位相當於一個正電荷，而這個過程的第二步，空位會吸引來自高能量軌道的電子填補進來。當這樣一個高能量軌道的電子填滿了低能量軌道的空位時，這種轉換的能量差能夠以X射線的形式釋放出來。
X射線的能量是通過這兩個軌道之間能量差的特徵所展現出來的。它取決於原子序數，原子序數是每個元素唯一的屬性。所以說，X射線是每個元素的“指紋”，可以用來識別樣品中存在的元素的類型。
EDS材料分析：X射線如何工作
與BSE、SE和TE不同，X射線是電磁輻射，就像光一樣，由光子組成。為了檢測它們，最新的系統使用了矽漂移探測器（SDD），其具有更高的計數率、更好的解析度和更快的分析能力，都優於傳統的Si（Li）探測器。這些探測器被置於一個特定角度，非常接近樣品，並且能測量X射線的光子能量。探測器與樣品之間的立體角越高， X射線檢測概率越高，因此獲得最佳結果的可能性也越大。
由EDS分析產生的資料包含了樣品中所有不同元素對應的峰值的光譜。在圖3中可以看到，每一個元素都有獨特能量的特徵峰。
此外，EDS可以用於定性（元素的類型）以及半定量（樣品中每個元素的濃度百分比）的分析。在Phenom桌上型掃描式電子顯微鏡(SEM)中，專用軟體可以自動識別峰值，並計算檢測到的每個元素的原子百分比。EDS技術的另一個優點是，它是一種非破壞性的表徵技術，僅需要簡單或甚至不需要樣品前製備。
關於作者：
Antonis Nanakoudis
Antonis Nanakoudis是Thermo Fisher Scientific Phenom 桌上型掃描式電子顯微鏡SEM的應用工程師。Antonis持續Phenom SEM在不同領域的運用，不斷探索更多的創新表徵方法。
原文網址：https://blog.phenom-world.com/edx-analysis-sem
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