俄歇电子能谱.ppt

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1、第4章俄歇电子能谱俄歇电子能谱(AugerElectronSpectroscopy简称AES)一、简介二、基本原理三、定性及定量分析方法四、俄歇谱仪介绍五、主要应用三种最基本的表面分析方法名称俄歇电子能谱X射线光电子能谱二次离子质谱AESXPSSIMS激发源电子X射线离子检测粒子俄歇电子光电子二次离子EABC＝EA-EB-ECEk＝hν-Ebm/e特点定量较好带有化学位移信息检测灵敏度高分辨率高表面损伤小缺点轻元素不能分析分辨差表面损伤（X射线不易聚焦）定量困难共同点：元素种类分析（成分分析、痕量分析）、表面分析一、简介当电子束照射到样品表面时，将有带着该样品

2、特征的Auger电子从样品表面发射。从Auger电子可以得到如下信息：发射的Auger电子能量确定元素种类Auger电子数量元素含量＋电子束聚焦、偏转和扫描元素面分布＋离子束溅射刻蚀元素深度分布AES是一种重要的材料成分分析技术。其最大特点是：Δ信息来自表面（3-30Å）Δ具有微区分析能力（横向与深度分辨率好）Δ定量分析较好Δ能量是靶物质所特有的，与入射电子束能量无关二、基础知识1.俄歇效应(1925年，法国人PierreAuger)用某种方法使原子内层电子(如K层)电离出去，内层出现空位。电离原子去激发可采用如下两种形式：Δ辐射跃迁:一外层电子填充空位后，发

3、射出特征X射线(例L3上电子填充K能级上空位，发出X射线Kα1)Δ无辐射过程(即Auger过程)：一外层电子填充空位，使另一个电子脱离原子发射出去(例L1上电子填充K能级空位，同时L3上的电子发射出去，称KL1L3俄歇跃迁)。标记：WXY来标记激发空穴所在轨道能级填充电子的轨道能级激发出俄歇电子的轨道能级特点：Δ第二个电子在弛豫过程中释放的能量，须大于或至少等于第三个电子的束缚能。Δ终态为二重电离状态。ΔH和He只有一个K壳层，最多只有2个电子，无法产生Auger跃迁。C-K跃迁(Coster-Kronig跃迁)：终态空位之一与初态空位处于同一主壳层内即WiW

4、pYq(p>i)超C-K跃迁：两终态都与初态空位处于同一主壳层内即WiWpWq(p>i，q>i)C-K跃迁速度快，△t小，由测不准原理(△E)(△t)h，ΔE大，带来能量的分散，使谱线展宽。2.俄歇电子能量△E=E1(Z)–E2(Z)–E3(Z)E1、E2、E3分别为各能级上电子的结合能，是原子序数为Z的元素的函数，是该种元素原子所特有的，因此△E也是该种元素特有的。修正：△E=E1(Z)-1/2[E2(Z)+E2(Z+1)]-1/2[E3(Z)+E3(Z+1)]相邻原子序数，该能级的能量俄歇电子能量与激发源的种类和数量无关，与元素的存在量有关，还与原子的电离

5、截面、俄歇电子产率以及逃逸深度有关。特点：Δ一种原子可能产生几组不同能级组合的俄歇跃迁，因而可以有若干不同特征能量的俄歇电子。Δ可能出现的俄歇跃迁数随原子序数增大(壳层数增多)而迅速增加。Δ俄歇电子的能量大多在50-2000eV(不随入射电子能量改变)Δ主峰通过实验和计算得到He以后所有元素的各组基本俄歇跃迁的特征能量。俄歇电子从固体表面的发射过程：△产生内层电离的原子－电子碰撞电离截面△俄歇跃迁过程－俄歇跃迁几率△俄歇电子从产生处输运到表面，从固体表面逸出－逸出深度(1)电子碰撞电离截面QA入射电子与原子相互作用时，内层能级A上产生空位的几率。设U=Ep/E

6、AEp:入射电子能量EA：内层能级束缚能通过理论计算及实验测定，得到如下公式：QA=αEA-2(lnU/U)[Å2]可见：△U必须>1即Ep>EA△曲线有最大值，当U≈2.7时(Ep为EA的2.7倍)△电离截面取决于束缚能实验数值：内层束缚能：1keV入射电子能量：3-5keVU:3-4(2)俄歇跃迁几率电离原子去激发的两种方式：荧光过程、俄歇过程。发生荧光过程的几率为Px，发生俄歇过程的几率为Pa，则：Px+Pa=1荧光几率与俄歇几率(初态在K层)对于Z≤15，采用K系列荧光几率很小，采用K系列的俄歇峰；16≤Z≤41，L系列荧光几率为0，采用L系列的俄歇峰

7、；原子序数更高时，采用M系列的俄歇峰；荧光产额与束缚能△荧光几率随束缚能的增大而增大，而束缚能随壳层由内向外逐渐减小－－依次采用K、L、M系列荧光几率可保持较小数△对于同一壳层上的束缚能随原子序数增加而增加－－对轻元素分析特别灵敏选取适合系列，退激发过程可认为仅有俄歇过程。(3)俄歇电子逸出深度俄歇电子从产生处向表面输运，可能会遭到弹性散射或非弹性散射，方向会发生变化，能量会受到损失。用来进行分析的俄歇电子，应当是能量无损地输运到表面的电子，因而只能是在深度很浅处产生的，这就是用俄歇谱能进行表面分析的原因。俄歇电子的逸出深度在小于或等于其在固体中的平均自由程时

8、，才能得到有价值的俄歇信息。平均逸出深