文档介绍：什么是电子能谱分析法?
电子能谱分析法是采用单色光源(如X射线、紫外光)或电子束去照射样品,使样品中电子受到激发而发射出来,然后测量这些电子的产额(强度)对其能量的分布,从中获得有关信息的一类分析方法。
本章主要介绍
俄歇电子能谱法(AES)
X射线光电子能谱法(XPS)
紫外光电子能谱法(UPS)
第一节俄歇电子能谱法
俄歇电子能谱法是用具有一定能量的电子束(或X射线)激发样品俄歇效应,通过检测俄歇电子的能量和强度,从而获得有关材料表面化学成分和结构的信息的方法。
一、基本原理
光谱分析中已描述了原子中的电子跃迁及其俄歇电子的发射过程。
俄歇电子的激发方式虽然有多种(如X射线、电子束等),但通常主要采用一次电子激发。
因为电子便于产生高束流,容易聚焦和偏转。俄歇电子的能量和入射电子的能量无关,只依赖于原子的能级结构和俄歇电子发射前它所处的能级位置。
俄歇电子产额或俄歇跃迁几率决定俄歇谱峰强度,直接关系到元素的定量分析。俄歇电子与特征X射线是两个互相关联和竞争的发射过程。对同一K层空穴,退激发过程中荧光X射线与俄歇电子的相对发射几率,即荧光产额(K)和俄歇电子产额( )满足
=1-K (13-1)
图13-1 俄歇电子产额与原子序数的关系
由图可知,对于K层空穴Z<19,发射俄歇电子的几率在90%以上;随Z的增加,X射线荧光产额增加,而俄歇电子产额下降。
Z<33时,俄歇发射占优势。
俄歇分析的选择
对于Z≤14的元素,采用KLL俄歇电子分析;
14<Z<42的元素,采用LMM俄歇电子较合适;
Z>42时,以采用MNN和MNO俄歇电子为佳。
为什么说俄歇电子能谱分析是一种表面分析方法且空间分辨率高?
大多数元素在50~1000eV能量范围内都有产额较高的俄歇电子,它们的有效激发体积(空间分辨率)取决于入射电子束的束斑直径和俄歇电子的发射深度。
能够保持特征能量(没有能量损失)而逸出表面的俄歇电子,发射深度仅限于表面以下大约2 nm以内,约相当于表面几个原子层,且发射(逸出)深度与俄歇电子的能量以及样品材料有关。
在这样浅的表层内逸出俄歇电子时,入射电子束的侧向扩展几乎尚未开始,故其空间分辨率直接由入射电子束的直径决定。
直接谱:俄歇电子强度[密度(电子数)]N(E)对其能量E的分布[N(E)-E]。
微分谱:由直接谱微分而来,是dN(E)/dE对E的分布[dN(E)/dE-E]。
图:俄歇电子能谱示例(银原子的俄歇能谱)
原子“化学环境”变化,不仅可能引起俄歇峰的位移(称化学位移),也可能引起其强度的变化,这两种变化的交叠,则将引起俄歇峰(图)形状的改变。
原子“化学环境”指原子的价态或在形成化合物时,与该(元素)原子相结合的其它(元素)原子的电负性等情况
如:原子发生电荷转移(如价态变化)引起内层能级变化,从而改变俄歇跃迁能量,导致俄歇峰位移;
又如:不仅引起价电子的变化(导致俄歇峰位移),还造成新的化学键(或带结构)形成以致电子重新排布的化学环境改变,将导致谱图形状的改变(称为价电子谱)等。
化学位移示例
图13-2 Mo(110)面俄歇能谱
伴峰
由于俄歇电子逸出固体表面时,有可能产生不连续的能量损失,从而造成在主峰的低能端产生伴峰的现象。
如:入射电子引起样品内壳层电子电离而产生伴峰(称为电离损失峰);又如:入射电子激发样品(表面)中结合较弱的价电子产生类似等离子体振荡的作用而损失能量,形成伴峰(称等离子体伴峰)等。