文档介绍：冷表面成分分析的主要技术
区俄歇电子能谱分析(AES)
区Ⅹ射线光电子能谱分析(XPS)
回场离子显微分析(FIM)
区原子探针( Atom probe)
区离子探针(IMA)
区低能电子衍射(LEED)
俄歇电子能谱分析
令俄歇( Auger)过程和俄歇电子
■1925年,法国科学家 Pierre auger在用X射线研究某
些惰性气体的光电效应时,意外地发现了一些短小的电
子轨迹。轨迹的长度不随入射Ⅹ射线的能量而变化,但
随原子的不同而变化。 Auger认为:这一现象是原子受
激后的另一种退激过程所至。过程涉及原子内部的能量
转换,而后使外层电子克服结合能向外发射。他的发现
与所做的相应解释被证明是正确的。因此,用他的名字
来命名这种过程和发射的电子。
基本原理
熊歇电子
(1)原子内某一内层电子
被激发电离从而形成空位
(2)一个较高能级的电子
跃迁到该空位上
价带
(3)再接着另一个电子被
20000-113
激发发射,形成无辐射跃
迁过程,这一过程被称为
Auger效应,被发射的电子
称为 Auger电子。
■俄歇过程的系列和系列所包含的群
系列—是以受激产生的空穴在哪一个主壳层来划分
群—是在系列下以填补电子与发射电子在基态时的
位置来划分。
K系列
L系列
KLL KLM KMM
LMM LMN LNN
M系列N系列
MNN MNO NOO
■俄歇电子的能量
gO,…,
由于俄歇电子是由原
子各壳层电子的跃迁而
MNN
产生的,而不同原子各
壳层的能级都具有特定
的值,因此,不同原子
30
所产生的俄歇电子具有
相应的特征能量
原子序数3-10的原子产生KLL俄歇
01600
电子,对于原子序数大于14的原子可
俄歇电子能量v
以产生KLL、LMM、MNN等俄歇电
子
各种元素的俄歇电子能量
■俄歇电子的特点
区具有一定的能量,能量的大小取决于原子内有关壳层
的结合能。能量大小一般在几个eV至240eV。由于俄歇
电子的能量与原子的种类有关,也与原子所处的化学状
态有关。因此,它是又一种特征能量,具有类似指纹鉴
定的效果。因而可以用来鉴别和分析不同的元素及化学
结构。
区虽然俄歇电子的实际发射深度取决于入射电子的穿透
能力,但真正能够保持其特征能量而逸出表面的俄歇电
子却仅限于表层以下0~3m的深度范围。这是因为大于
这一深度处发射的俄歇电子,在到达表面以前将由于与
样品原子的非弹性散射而被吸收,或者部分地损失能量
而混同于大量二次电子信号的背景
区0~3nm的深度只相当于表面几个原子层,这就是俄歇
电子能谱仪作为有效的表面分析工具的依据。显然,在
这样的浅表层内,入射电子束的侧向扩展几乎完全不存
在,其空间分辨率直接与束斑尺寸d相当。目前,利用
细聚焦入射电于束的“俄歇探针仪”可以分析大约50nm
的微区表面化学成分
俄歇电子能谱仪基本原理
俄歇电子能谱仪( Auger Electron Spetroscopy,AES)
的基本原理是:用一定能量的电子束轰击样品,使样品
内电子电离,产生俄歇电子,俄歇电子从样品表面逸出
进入真空,被收集和进行分析
■由于俄歇电子具有特征能量,其特征能量主要由原子
的种类确定。因此,测定俄歇电子的能量,就可以确定
原子的种类,即进行定性分析;根据俄歇电子信号的强
度,可确定元素含量,即进行定量分析。再根据俄歇电
子能量峰的位移和形状变化,可获得样品表面信息
■俄歇电子能谱分析的特点
区分析层薄,能提供固体样品表面0~3mm区域薄层的成
分信息;
区可分析元素范围广,可分析出H和He以外的所有元素,
对轻元素敏感;
区分析区域小,可用于材料中≤5nm区域内的成分变化
的分析;
区能对元素的化学态进行分析
区定量分析精度较低。目前,利用俄歇电子能谱仪进行
表面成分的定量分析,基本上只是半定量的水平。常规
情况下,相对精度仅为30%左右。如果能对俄歇电子的
有效发射深度估计较为准确,相对精度可提高到约5qo。9
☆俄歇电子能谱分析
定性分析
区实际分析的俄歇电子图谱是样品中所有元素俄
歇电子图谱的组合,根据测试获得的俄歇电子谱
中的位置和形状与手册中提供的纯元素的标准图
谱进行对比来识别元素的种类,是俄歇电子能谱
仪定性分析的主要内容
区标准俄歇图谱提供了各元素俄歇峰的能量位置、
形状和相对强度。每种元素一般都有数个俄歇峰