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取而代之的是，晶體中一次電子的非彈性散射會導致二次電子，俄歇電子和X射線的發射，而後者又會散射。這種級聯的散射事件導致每個入射電子最多產生103個次級電子。<ref>[https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2005JaJAP..44.1820M 電子束與近場光在GaAs / AlGaAs半導體量子點的發光激發上的比較]日本/J.應用物理學</ref>當這些次級電子的動能約為材料的帶隙能的三倍時，它們可以將價電子激發到導帶中。<ref>[https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1968JAP....39.2029K/abstract 半導體中的帶隙依賴性和輻射電離能的相關特徵]J.應用物理學</ref>電子從那裡與價帶中的空穴重組並產生光子。多餘的能量轉移到聲子，從而加熱晶格。用電子束激發的優點之一是，所研究材料的帶隙能量不受光致發光情況的限制，而不受入射光能量的限制。因此，在陰極發光中，所檢查的“半導體”實際上幾乎可以是任何非[[金屬]]材料。在能帶結構方面，經典半導體，[[絕緣體]]，[[陶瓷]]，[[寶石]]，[[礦物]]和[[玻璃]]可以用相同的方式處理。

==顯微鏡檢查==

===在掃描電子顯微鏡中===

在這些儀器中，聚焦的電子束撞擊樣品並誘導其發射由光學系統（例如橢圓鏡）收集的光。[[光纖]]將從那裡將光傳輸出顯微鏡，在顯微鏡中，單色器將其分離成其組成波長，然後用光電倍增管對其進行檢測。通過以XY模式掃描顯微鏡的光束並測量光束在每個點處發出的光，可以獲得標本的光學活性圖（陰極發光成像）。相反地，通過測量固定點或特定區域的波長依賴性，可以記錄光譜特徵（陰極發光光譜法）。此外，如果用CCD攝像機代替光電倍增管，則可以在地圖的每個點測量整個光譜（高光譜成像）。此外，物體的光學性質可以與電子顯微鏡觀察到的結構性質相關。

====結合光學顯微鏡和電子顯微鏡====

帶有陰極發光檢測器的電子顯微鏡可提供高放大倍率，而光學陰極發光顯微鏡則可以直接通過目鏡顯示實際可見的顏色特徵，從而受益匪淺。最近開發的系統試圖將光學顯微鏡和電子顯微鏡結合起來以利用這兩種技術。<ref>[https://web.archive.org/web/20161029045943/http://www.attolight.com/technology/what-is-quantitative-cathodoluminescence/# 什麼是定量陰極發光]web.archive.org/2013-10-21</ref>

==擴展應用==

儘管通過這些技術最容易檢查諸如GaAs或GaN之類的直接帶隙半導體，但是諸如矽之類的間接半導體也發出弱的陰極發光，也可以對其進行檢查。特別地，位錯的[[矽]]的發光與本徵矽不同，並且可以用於映射集成電路中的缺陷。