具有一定能量的入射电子（incident electron），以一定方向轰击到物质表面时，会向内部渗透一定的距离，

这个过程中，入射电子可能与物质中的如下内容发生相互作用：

• 原子核
• 原子的轨道电子

在原子库仑场的作用下，入射电子会发生散射，不仅改变运动方向，而且发生能量和动量和变化。这个撞击作用又可以分为：

• 弹性的（elastic）：入射电子的能量没有损失
• 非弹性的（inelastic）：入射电子的动能会发生变化

排列组合一下，那么...

4种可能情况

与原子核弹性碰撞

入射电子被散射（scattering），只改变方向，能量无损失。

平均散射角度只有几度大小，但是个别电子散射角度能达到180°。

碰撞几率用 cross section表示。原子序数越高，散射几率越大；入射电子能量越低，几率越大。

而入射电子需要走多长距离才能发生碰撞，用平均自由程（mean free path)来度量。

与原子轨道电子弹性碰撞

这种情况，或许不应该单列。入射电子的弹性碰撞是和原子核和核外电子共同作用的？？ 入射电子散射

与原子轨道电子非弹性碰撞

入射电子的能量传递给轨道电子

• 【激发（Excitation ）】：如果传递的能量足够，轨道电子会跃迁到更高的壳层，称为激发。
• 【电离（ionisation）】：如果传递的能量足够，轨道电子可能逃离原子，使得原子电离（ionised）。

处于激发状态的原子，会自发地跃迁到能量较低的状态（较低壳层的的空穴很快被其他轨道电子填充），这一过程可以是辐射跃迁， 也可以是非辐射跃迁：

• 【特征X-射线】：辐射跃迁会释放出来光子；如果壳层的结合能足够大，这个光子就是 X 射线。
• 【俄歇电子】：外层电子跃迁到内层空穴的同时，将多余能量传递给两一个外层电子，使其游离，成为俄歇电子。

俄歇电子发射是1925年法国科学家 俄歇（Auger） 观察到的，1953年 兰特（lahder）从次级电子能量分布曲线中首次 辨认出俄歇电子谱线。1967年哈里斯采用电子能量分布微分法，把俄歇电子峰同均匀本次分开。此后俄歇电子才成为有效的表面分析方法。

另外，入射电子可能使得固体中价电子集体产生震荡（等离子激发，对应特征能量损失峰）；也可能使得晶格振动加剧，声子增多（声子激发，热能）。

与原子核非弹性碰撞

入射电子减速并改变方向。电子损失的能量以光子形式（X射线）释放出来。 轫致辐射（bremsstrahlung）。轫致辐射是德语单词，在德语中是制动辐射/刹车辐射的意思。

由于各个电子减速情况不同，辐射的X射线也具有不同的波长，从而形成连续的X光谱。

二次电子能量分布

如果把入射电子成为原电子或一次电子，那么从物质表面逸出的电子，可称为二次电子或次级电子。这些逸出的电子可能包括：

• 真正的二次电子
• 弹性散射的原电子
• 非弹性散射的原电子
• 俄歇电子

对特定材料，将不同入射电子能量下的对应逸出的电子数量，绘制成曲线，则长下面这样：

它大致分三个区域：

• 快峰：电子能量高，速度快。当入射能量改变时，它同步移动。对应弹性散射的原电子。
• 慢峰：集中在0~50eV范围呢。电子能量低，速度慢。
• 两峰之间区域：对应非弹性的BSE，其中靠近快峰的一部分电子，被称为特征能损电子。另外还有俄歇电子峰也会叠加其上。

其他效应

入射电子在固体表面也会产生其他一些效应

• 诱导脱附：低能电子(1kV)轰击物质表面时，表面吸附的气体分子发生脱附的现象。
• 表面组分分解：入射电子透入的范围内，引起化合物分解。
• 充电和场致转移：入射电子轰击绝缘体时，由于次级电子发射系数不为1，造成表面产生电荷积累。
• 热效应：入射电子所损失的能量绝大部分都变成热能。物质温度上升速率与入射电子功率密度成正比，与物质导热系数成反比。

电子衍射

电子除了粒子性外，还拥有波动性。电子通过晶体时，会发生衍射现象。

参考

• 《Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis》
• Interaction of Charged Particles With Matter
• Interaction of Electrons with Matter
• https://myscope.training/SEM_Beam_specimen_interactions
• http://ozradonc.wikidot.com/physics:electron-interactions-types