俄歇电子能谱-aes

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1、AugerelectronSpectroscopy(AES)俄歇电子谱材料表面成分和化学态测试技术一、概述二、原理三、分析技术四、实验技术五、应用1922(1925)法国科学家PierreAuger首先发现的,俄歇完成大学学习后加入物理化学实验室在其准备光电效应论文实验时首先发现这一现象.30年后它被发展成一种研究原子和固体表面的有力工具P.Auger有幸长寿看到了他的发现的科学和技术影响一、概述1.俄歇电子：二、原理2、俄歇过程的标记通常俄歇过程要求电离空穴与填充空穴的电子不在同一个主壳层内即W≠X俄歇过程至少有两个能级和三个电子参与，所以氢

2、原子和氦原子不能产生俄歇电子。(Z3)孤立的锂原子因最外层只有一个电子，也不能产生俄歇电子，但固体中因价电子是共用的，所以金属锂可以发生KVV型的俄歇跃迁。2、俄歇过程的标记KLL表示初态空位在K层,L层电子越迁到K,剩余的能量将另一个L层上的电子激发出去KLMKMM基体效应:固体中的俄歇电子发射要复杂的多,原子和原子之间电子与原子之间的相互作用,俄歇信号的强度不仅与电离几率和俄歇产额有关还与固体材料本身的性质有关这就是所谓的基体效应,包括俄歇电子的逃逸深度,背散射因子,表面粗糙度等3、俄歇电子的强度X射线荧光过程和俄歇过程发生的几率随原子序

3、数变化K系列对于原子序数Z在3(Li)和13(Al)之间L系列对于原子序数Z在11(Na)和35(Br)之间M系列对于原子序数Z在19(K)和70(Yb)之间N系列对于原子序数Z在39(Y)和94(Pu)之间3、俄歇电子的强度俄歇几率实验表明同一系列中较强的俄歇峰WXY一般是XY主量子数相等同时XY主量子数比W大1的过程如KLLLMMMNNNOO等群在各自的系列中一般都比较强3、俄歇电子的强度4.俄歇过程中的能量关系：式中EKLL(Z)--原子序数为Z的原子的KLL跃迁过程的俄歇电子的动能,eV；EK(Z)--内层K轨道能级的电离能,eV；EL

4、1(Z)--外层L1轨道能级的电离能,eV；EL2(Z+)--双重电离态的L2轨道能级的电离能,eV；s--谱仪的功函,eV。KLL俄歇过程所产生的俄歇电子能量可以用下面的方程表示：EKLL(Z)=EK(Z)-EL1(Z)-EL2(Z+)-s与XPS分析不同，俄歇电子激发时，内层存在一个空壳层，状态不同于基态原子，因此EK(Z)-EL1(Z)并不是该基态原子的结合能。俄歇电子的动能只与元素激发过程中涉及的原子轨道的能量及谱仪的功函有关，而与激发源的种类和能量无关4.俄歇过程中的能量关系：5.俄歇电子谱的化学效应：俄歇能谱中出现的化学效应

5、有如下三种:化学位移峰形状的变化峰的低能侧的形状变化AES中可观察到化学位移,但涉及到的三个电子中的每一个都可能与多重终态或弛豫效应有关AES数据非常复杂,比XPS更难于解释,所以AES并不象XPS那样多地用于化学环境信息而是大量用于定量组分分析5.俄歇谱仪及性能：初级探针系统（电子光学系统）电子能量分析器（采用筒镜系统）电子检测器组成:性能指标:能量分辨率(0.3-1.2eV)信噪比检测极限与XPS检测限0.1~1%原子单层信息探测深度<5nm.三、俄歇电子谱分析技术直接谱微分谱1俄歇谱微分谱，信噪比高便于识谱，用微分谱进行分析时，一般以负峰

6、能量值作为俄歇电子能量，用以识别元素（定性分析）以正负峰高度差代表俄歇峰强度，用于定量分析三、俄歇电子谱分析技术2、俄歇谱分析技术AES具有五个有用的特征量:特征能量;强度;峰位移;谱线宽;和线型由AES的这五方面特征可获如下表面特征、化学组成、覆盖度、键中的电荷转移、电子态密度和表面键中的电子能级2、俄歇谱分析技术-I表面元素定性分析三、俄歇电子谱分析技术金刚石表面的Ti薄膜的俄歇定性分析谱俄歇峰主要集中在20～1200eVAES谱图的横坐标为俄歇电子动能，纵坐标为俄歇电子计数的一次微分如图中的CKLL表示碳原子的K层轨道的一个电子被激发，在

7、退激发过程中，L层轨道的一个电子填充到K轨道，同时激发出L层上的另一个电子。这个电子就是被标记为CKLL的俄歇电子。2、俄歇谱分析技术-I表面元素定性分析三、俄歇电子谱分析技术金刚石表面的Ti薄膜的俄歇定性分析谱由于俄歇跃迁过程涉及到多个能级，可以同时激发出多种俄歇电子，因此在AES谱图上可以发现TiLMM俄歇跃迁有两个峰元素周期表中由Li到U的绝大多数元素和一些典型化合物的俄歇积分谱和微分谱已汇编成标准AES手册在与标准谱进行对照时,除重叠现象外还需考虑以下情况:(1)化学效应或物理因素引起的峰位移或谱线形状变化;(2)与大气接触或试样表面被

8、沾污而产生的峰。2、俄歇谱分析技术-I表面元素定性分析三、俄歇电子谱分析技术几种元素单质和氧化物的俄歇电子峰位变化2、俄歇谱分析技术-II表面元素半定