扫描电镜之阴极发光
阴极发光是指晶体物质在高能电子的照射下，发射出可见光、红外或紫外光的现像。例
如半导体和一些氧化物、矿物等，在电子束照射下均能发出不同颜色的光，用电子探针的同
轴光学显微镜可以直接进行观察可见光，还可以用分光光度计进行分光和检测其强度来进行
元素分析。
阴极发光现象和发光能力、波长等均与材料内"激活剂"种类和含量有关。这些"激活剂"
可以是由于物质中元素的非化学计量而产生的某种元素的过剩或晶格空位等晶体缺陷。下面
简单说明一下杂质原子导致阴极发光现象的基本原理。当晶体中掺入杂质原子时，一般会在
满带与导带的能量间隔中产生局部化的能级 G 和 A， 这可能是属于这些激活原
子本身的能级，也可能是在激活原子的微扰下主体原子的能级。在基态时，G 能级被电子所
占据，A 能级是空的。在激发态则相反。样品在入射电子的激发下产生大量自
由载流子，满带中的空穴很快就被 G 能级上的电子所捕获， 而导带中的电子为 A 能级所陷
住。这就使 AG 中心处于激发态，当电子从 A 能级跳回到基态的 G 能级时，释放出的能量
可能转变为辐射，即阴极发光。阴极发光的波长取决于 A、G 之间的能量差，能量差
不但与杂质原子有关，也与主体物质有关，所以，阴极发光可以分析样品中的杂质元素。
阴极发光效应对样品中少量元素分布非常敏感，可以作为电子探针微区分析的一个补
充，根据发光颜色或分光后检测波长即可进行元素分析。例如耐火材料中的氧化铝通常为粉
红色，ZrO2 为兰色。锗酸铋(BGO)晶体中的 Al2O3 为兰色，BGO 晶体也为兰色。 钨(W)中
掺入少量小颗粒氧化钍时，用电子探针检测不出钍的特征 X 射线，但从发出的兰荧光(用电
子探针的同轴光学显微镜观察)可以确定氧化钍的存在。从阴极发光的强度差异还可以判断
一些矿物及半导体中杂质原子分布的不均匀性。我们曾用阴极发光方法发现白金坩埚中有残
存的 BGO 和 Al2O3 小颗粒，这是 BGO 晶体生长过程中引起坩埚泄漏的主要原因之一。
