에너지 분산형 x-선 분광법(EDX 혹은 EDS)은 시료에서 방출되는 특정 x-선을 검출하여 물질의 화학적 조성을 분석하는 기법으로 특히 전자현미경에서 시료의 이미징과 함께 많이 사용되는 분석법이다.
시료 외부에서 전자 혹은 x-선과 같은 입자가 입사하여 시료내의 내각 전자를 여기시킨다. 이 과정에서 발생한 전자의 빈 자리를 다른 외각 전자가 채울 때, 이과정에서 발생하는 전자의 에너지 차이에 해당하는 x-선이 방출될 수 있다. 이 때 방출되는 x-선은 원자의 종류에 따라 에너지 혹은 파장이 달라지며, 이를 특성 x-선이라고 한다.[2] 특성 x-선의 에너지는 원자의 종류 및 에너지 준위에 따라서 정해진 값을 가지게 되고, 시료로부터 방출된 특성 x-선의 에너지 값을 통해서 구성하는 원소를 찾을 수 있다.
원자의 제일 안 쪽에서부터 K, L, M, …순으로 껍질들의 이름이 정의되며 가장 안쪽의 전자 껍질에 전자가 비어 있고, 이를 외곽전자가 채울 때 생성되는 x-선을 K 특성 x-선이라고 한다.
EDX 는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy),
투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy), x-선 분광계(X-ray Absorption Spectroscopy)등의 다양한 장비에서 이용이 가능한 이점이 있다.
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그림 10 외부의 자극에 의한 전자의 여기와 그 빈 공간을 채우는 외각전자 그리고 그로 인해 복사되는 에너지
+
M L K
External simulation Kicked-out electron
Radiation
energy
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3.6 표면 분석 (주사전자현미경, Scanning Electron Microscope)
전자현미경은 광학현미경에서 사용하는 가시광선을 대신하여 전자선을 이용하고, 유리 렌즈를 대신하여 전자렌즈를 사용하여 물체의 확대상을 만드는 장치를 말한다.
전자현미경은 가시광선 대신에 전자 빔을 사용하기 때문에 현미경의 내부는 진공상태여야 한다. 전자는 공기와 충돌하면 에너지가 소실되거나 굴절되는 등 원하는 대로 제어하기 어렵기 때문이다. 전자현미경은 표본과 대물 렌즈와 렌즈 사이의 거리는 일정하나 중간렌즈와 투영렌즈의 코일에 통하는 전류의 세기에 의해 배율이 결정된다. 상의 초점은 대물렌즈의 코일에 흐르는 전류에 의해서 조절된다.
광학현미경은 실제 상을 볼 수 있지만 전자현미경은 형광판이나 사진판을 통해 상을 볼 수 있다. 광학 현미경은 표본의 빛을 흡수하고 반사하여 상이 형성되는 반면에, 전자현미경의 경우 전자선이 시료의 표면과 충돌하면서 발생하는 이차 전자, 산란전자, 투과전자, x-선 등을 측정하여 표면의 형태를 영상으로 나타내는 방식이다.
전자현미경으로는 재료의 표면을 직접 관찰함으로써 재료의 여러 성질들에 미치는 영향을 확인할 수 있다. 전자현미경 기술을 이용하면 원자의 종류와 대략적인 위치를 규명할 수 있고 이들이 재료의 성질에 미치는 영향을 규명하여 새로운 재료의 합성이나 개발에 이용할 수 있다.
주사전자현미경의 특징을 살펴보면 첫째, 분해능이 높기 때문에 고배율로 물체를 관찰할 수 있다. 둘째, 주사전자현미경은 고 배율뿐 아니라 10~100 배의 저 배율 관찰에도 사용할 수 있다. 실제 유리렌즈가 아닌 코일에 흐르는 정류를 변화시켜 배율을 조절하기 때문이다.
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