俄歇电子能谱_颜旭

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1、只做学术交流之用，请勿做商业用途，转载请说明出处！俄歇电子能谱（AES）俄歇过程是法国科学家PierreAuger首先发现的，1922年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几个月后于1923年他发表了对这一现象其后以他的名字命名的首次描述30年后它被发展成一种研究原子和固体表面的有力工具。尽管从理论上仍然有许多工作要做然而俄歇电子能谱现已被证明在许多领域是非常富有成果的如基础物理原子分子碰撞过程的研究或基础和应用表面科学。俄歇电子能谱基本原理入射电子束和物质作用，可以激发出原子的内层电子。外层电子向内层跃迁过程中所释放的能量，可能以X光的形

2、式放出，即产生特征X射线，也可能又使核外另一电子激发成为自由电子，这种自由电子就是俄歇电子。对于一个原子来说,激发态原子在释放能量时只能进行一种发射：特征X射线或俄歇电子。原子序数大的元素，特征X射线的发射几率较大，原子序数小的元素，俄歇电子发射几率较大，当原子序数为33时，两种发射几率大致相等。因此，俄歇电子能谱适用于轻元素的分析。如果电子束将某原子K层电子激发为自由电子，L层电子跃迁到K层，释放的能量又将L层的另一个电子激发为俄歇电子，这个俄歇电子就称为KLL俄歇电子。同样，LMM俄歇电子是L层电子被激发，M层电子填充到L层，释放的能量又使另一个M层电子激发所形成的俄歇电子。俄

3、歇电子能量的计算对于原子序数为Z的原子,俄歇电子的能量可以用下经验公式计算：EWXY(Z)=EW(Z)-EX(Z)-EY(Z+Δ)-Φ（1）EWXY(Z)：原子序数为Z的原子，W空穴被X电子填充得到的俄歇电子Y的能量。EW(Z)-EX(Z)：X电子填充W空穴时释放的能量。EY(Z+Δ)：Y电子电离所需的能量。因为Y电子是在已有一个空穴的情况下电离的，因此，该电离能相当于原子序数为Z和Z+1之间的原子的电离能。其中Δ=1/2-1/3。根据式（1）和各元素的电子电离能，可以计算出各俄歇电子的能量，制成谱图手册。因此，只要测定出俄歇电子的能量，对照现有的俄歇电子能量图表，即可确定样品表面

4、的成份。由于一次电子束能量远高于原子内层轨道的能量，可以激发出多个内层电子，会产生多种俄歇跃迁，因此,在俄歇电子能谱图上会有多组俄歇峰，虽然使定性分析变得复杂，但依靠多个俄歇峰,会使得定性分析准确度很高，可以进行除氢氦之外的多元素一次定性分析。同时,还可以利用俄歇电子的强度和样品中原子浓度的线性关系,进行元素的半定量分析,俄歇电子能谱法是一种灵敏度很高的表面分析方法。其信息深度为1.0-3.0nm,绝对灵敏可达到10-3单原子层。是一种很有用的分析方法。AES的应用AES最主要的应用是进行表面元素的定性分析。AES谱的范围可以收集到20-1700eV。因为俄歇电子强度很弱，用记录微

5、分峰的办法可以从大的背景中分辨出俄歇电子峰，得到的微分峰十分明锐，很容易识别。图10.14是银原子的俄歇电子能谱，其中，曲线a为各种电子信息谱，b为曲线a放大10倍，c为微分电子谱，N(E)为能量为E的电子数，利用微分谱上负峰的位置可以进行元素定性分析。图10.15是金刚石表面Ti薄膜的AES谱，分析AES谱中知道，该薄膜表面含有C，Ti和O等元素。当然，在分析AES谱时，要考虑绝缘薄膜的荷电位移效应和相邻峰的干扰影响。与XPS相似，AES也能给出半定量的分析结果。这种半定量结果是深度为1-3nm表面的原子数百分比。AES法也可以利用化学位移分析元素的价态。但是由于很难找到化学位移

6、的标准数据，因此，谱图的解释比较困难。要判断价态,必须依靠自制的标样进行。由于俄歇电子能谱仪的初级电子束直径很细，并且可以在样品上扫描。因此，它可以进行定点分析，线扫描，面扫描和深度分析。在进行定点分析时，电子束可以选定某分析点，或通过移动样品，使电子束对准分析点，可以分析该点的表面成份，化学价态和进行元素的深度分布。电子束也可以沿样品某一方向扫描，得到某一元素的线分布，并且可以在一个小面积内扫描得元素的面分布图。利用氩离子枪剥离表面，俄歇电子能谱仪同样可以进行深度分布。由于它的采样深度比XPS浅,因此，可以有比XPS更好的更深度分辨率。进行深度分析也是俄歇电子能谱仪的最有用功能。

7、图10.16是PZT/Si薄膜界面反应后深度分析谱，图中溅射时间对应于溅射深度,由图可以看出，在PZT薄膜与硅基底间形成了稳定的SiO2界面层，这个界面层是由表面扩散的氧与从基底上扩散出来的硅形成的。结论AES的最主要用途是表面的元素成份分析主要优点是：具有高的(亚单层)表面灵敏度优异的空间分辨率破坏性小可分析除HHe以外的所有元素且可作零维、一维、二维和三维的表面分析可作快速深度剖析微区分析和图象扫描，都较XPS优，但AES的化学信息可用性差近十年来AES的应用领域