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阴极发光。原图链接

阴极发光（英语：Cathodoluminescence）是一种光学和电磁现象，电子撞击诸如磷光体之类的发光材料会导致发出具有可见光谱波长的光子。一个熟悉的例子是通过电子束扫描使用阴极射线管的电视屏幕的荧光粉涂层内表面产生的光。阴极发光是光电效应的逆过程，在光电效应中，光子的照射引起电子发射。

起源

阴极发光的缘起，发光时在半导体结果电子在导带与重组孔在价带中。该跃迁的差能（带隙）可以以光子的形式发射。光子的能量（颜色）以及发出光子而不是声子的可能性取决于材料，其纯度和缺陷的存在。首先，电子必须从价带激发到导带。在阴极发光中，这是由于高能电子束撞击到半导体上而导致的。但是，这些一次电子携带的能量太多，无法直接激发电子。

非弹性散射

取而代之的是，晶体中一次电子的非弹性散射会导致二次电子，俄歇电子和X射线的发射，而后者又会散射。这种级联的散射事件导致每个入射电子最多产生103个次级电子。当这些次级电子的动能约为材料的带隙能的三倍时，它们可以将价电子激发到导带中。电子从那里与价带中的空穴重组并产生光子。多馀的能量转移到声子，从而加热晶格。用电子束激发的优点之一是，所研究材料的带隙能量不受光致发光情况的限制，而不受入射光能量的限制。因此，在阴极发光中，所检查的“半导体”实际上几乎可以是任何非金属材料。在能带结构方面，经典半导体，绝缘体，陶瓷，宝石，矿物和玻璃可以用相同的方式处理。

显微镜检查

在地质学，矿物学，材料科学和半导体工程学中，可以使用装有阴极发光检测器的扫描电子显微镜或光学阴极发光显微镜来检查半导体，岩石，陶瓷，玻璃等的内部结构，以获取信息。材料的组成，生长和质量。

在扫描电子显微镜中

在这些仪器中，聚焦的电子束撞击样品并诱导其发射由光学系统（例如椭圆镜）收集的光。光纤将从那里将光传输出显微镜，在显微镜中，单色器将其分离成其组成波长，然后用光电倍增管对其进行检测。通过以XY模式扫描显微镜的光束并测量光束在每个点处发出的光，可以获得标本的光学活性图（阴极发光成像）。相反地，通过测量固定点或特定区域的波长依赖性，可以记录光谱特征（阴极发光光谱法）。此外，如果用CCD摄像机代替光电倍增管，则可以在地图的每个点测量整个光谱（高光谱成像）。此外，物体的光学性质可以与电子显微镜观察到的结构性质相关。

优点在空间分辨率

基于电子显微镜的技术的主要优点是其空间分辨率。在扫描电子显微镜中，可获得的分辨率约为几十奈米，而在（扫描）透射电子显微镜中，可以分辨出纳米尺寸的特征。另外，如果电子束可以通过束射隔离器或脉冲电子源“切成”纳秒或皮秒脉冲，则可以执行纳秒级到皮秒级的时间分辨测量。这些先进技术可用于检查低维半导体结构，例如量子阱或量子点。

结合光学显微镜和电子显微镜

带有阴极发光检测器的电子显微镜可提供高放大倍率，而光学阴极发光显微镜则可以直接通过目镜显示实际可见的颜色特征，从而受益匪浅。最近开发的系统试图将光学显微镜和电子显微镜结合起来以利用这两种技术。

扩展应用

尽管通过这些技术最容易检查诸如GaAs或GaN之类的直接带隙半导体，但是诸如矽之类的间接半导体也发出弱的阴极发光，也可以对其进行检查。特别地，位错的矽的发光与本征矽不同，并且可以用于映射集成电路中的缺陷。 近来，在电子显微镜下进行的阴极发光也被用于研究金属奈米颗粒中的表面等离子体共振。金属纳米粒子中的表面等离子体激元可以吸收和发射光，尽管该过程不同于半导体中的过程。同样，阴极发光已被用作探针来绘制平面介电光子晶体和纳米结构光子材料的局部态密度图。