透射电子显微镜中轫致辐射、二次电子发射和俄歇电子的简要讨论

如果电子束注入样品时完全穿透样品中原子的电子壳层，就会与原子核发生非弹性相互作用。如果电子与原子核的库仑（静电）场相互作用，其动量将发生显着变化，并且在此过程中可能会发射X射线。由于相互作用强度的差异，电子可能会遭受任意量的能量损失，因此这些X 射线能量可以是电子束能量的任意值。这种X射线的最初德语名称是“bremsstrahlung”，可以翻译为“断裂辐射”

轫致辐射产生的概率通常用Kramers 给出的散射截面来描述。该表达式通常适用于非常薄的TEM 样品，尽管最初针对大块样品导出的克莱默散射截面通常用于计算轫致辐射产率而不是相互作用的概率。其近似表达式为

式中，N(E)为能量为E0的电子产生的能量为E的轫致辐射光子数； K 是克莱默常数，Z 是电离原子的原子序数。这一关系表明，在电子减速过程中，油可能会造成少量的能量损失，但电子在原子核中仅仅一次减速就损失所有能量的情况是非常罕见的。因此轫致辐射强度是能量的函数，如图A 所示。与特征X 射线的各向同性发射相比，轫致辐射具有高度各向异性，前向散射随着E0 的增加而急剧增加。利用各向异性可以设计各种能谱仪，提取有用的特征X射线，滤除几乎无用的轫致辐射X射线。

轫致辐射谱的能量是连续的，前面讨论的特征X射线叠加在这个连续谱上，如图A所示。由于特征X射线的能量范围很窄，所以在特定的能量位置会出现峰值在光谱中，在图中用计算机生成的线标记。轫致辐射的强度由样品中的平均原子序数Z 决定。这对于对样品原子序数感兴趣的生物学家或聚合物科学家非常有用。然而，材料科学家通常将轫致辐射视为掩盖特征谱线的掩模。后台新增号码并删除。

图A 轫致辐射X 射线强度与能量的函数关系。随着X射线能量的降低，产生的强度迅速增加，但当能量低于2keV时，轫致辐射信号被样品和探测器接收到，因此在观测到的光谱中信号很快降至零。 E0是产生X射线发射的电子能量。在特定能量下，轫致辐射谱上叠加了两组特征峰。

二次电子发射

二次电子(SE) 是样品受到入射电子束轰击时发射的电子。

如果电子处于导带或价带，则发射电子所需的能量并不多，一般小于50eV。

如果电离原子返回基态时释放的能量导致电子从内壳发射出来，这些二次电子称为俄歇电子。这个过程通常被称为无辐射跃迁（因为不产生X射线），而能量则经历“内部转变”。

长期以来，二次电子仅在SEM成像中被考虑，并且它们对表面形貌非常敏感。

二次电子：

二次电子来自样品中原子的导带或价带。实际的发射过程很复杂，没有简单的散射截面模型可以涵盖由此产生的机制。

二次电子通常被认为是自由电子，这意味着它们只有在非常接近特定样品表面时才能逃逸。因此，二次电子可用于在SEM 中对样品表面进行成像。尽管SEM 使用标准信号，但它们也可以在STEM 成像中提供样品表面形貌的高分辨率图像。

高分辨率场发射枪（FEG）的发展在于，SEM中产生的二次电子的图像分辨率在30kV下为0.5nm（接近原子分辨率），而在STEM中，即使没有FEG，也可以在100kV下提供类似的图像分辨率。甚至更高的分辨率，所以二次电子图像非常有用。 STEM 中的球面像差校正自然会产生接近原子水平的更高分辨率的二次电子图像。

二次电子的数量与其能量有关。当能量为5eV时，二次电子数达到最大值，当能量大于50eV时，二次电子数趋于零。一般认为二次电子产率（二次电子数与入射电子数之比）与E0无关；二次电子产率与Z几乎无关（仍有争议）。发射的二次电子的角度分布并不那么重要，因为二次电子探测器使用强场来收集从表面上任何角度发射的二次电子。然而，二次电子的数量会随着样品的倾斜角度而变化。当样品表面与电子束平行时，二次电子更容易逃逸。这对于二次电子发射至关重要，这与可见光反射的兰伯特余弦定律类似，表明粗糙样品的SE图像与我们每天用肉眼看到的反射光图像有很大的相似性。

俄歇电子

在电离原子返回基态的过程中，俄歇电子的产生和X射线的发射同时发生。图B 显示了原子如何发射外层俄歇电子。发射电子的能量等于激发能Ec与发射电子外壳的结合能之差。复杂的术语通常用于描述俄歇电子。也就是说，俄歇电子具有与电离原子相关的电子结构。特征能量与特征X射线几乎相同。

图B 内壳(K)电离和俄歇电子发射过程。当L1电子填充K壳层中的空穴时，释放的能量转移到L2,3壳层中的电子，发射KL1 L2,3的俄歇电子。