俄歇能谱分析

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1、1.7俄歇电子能谱分析（AES）利用受激原子俄歇跃迁退激过程发射的俄歇电子对试样微区的表面成分进行的定性定量分析。俄歇能谱仪与低能电子衍射仪联用，可进行试样表面成分和晶体结构分析，因此被称为表面探针。“毫不夸张地说：由于其应用（六十年代后），才使表面科学极大地活跃起来。”从1925年法国物理学家PierreAuger最先观测到俄歇电子发射现象，直到1968年才发展成为一种分析技术——俄歇电子能谱仪（AES：AugerElectronSpectroscopy）。如今已成为最普遍用于材料表面分析的一种方法。断口表层距断口表层4.5nm深度处（采用氩离子喷溅技

2、术逐层剥离）（《材料电子显微分析》P176图5-15）例：合金钢的回火脆。疑晶界有杂质富集。将成分（％）0.32C、0.02P、3.87Ni及2.3Cr的合金钢奥氏体化后，在396－594℃范围缓冷，产生明显回火脆。断口显示明显的晶间脆断特征。电镜几十万倍下观察，未见晶界处任何沉淀析出。故一直未能找到直接证据，直到使用俄歇能谱仪。磷在晶界处显著富集，含量高达4.72%，较基体磷高235倍，而在晶界两侧急剧下降，在距晶界约4.5nm处已下降到基体水平。所以，磷元素主要集中在晶界2nm的范围内，这不是其它微区分析技术所能测出来的。（如：普通EPMA的空间分辨

3、率约为1微米左右）俄歇能谱分析结果表明：1.7.1基本原理(1)俄歇电子的产生原子在载能粒子（电子、离子或中性粒子）或X射线的照射下，内层电子可能获得足够的能量而电离，并留下空穴（受激）。当外层电子跃入内层空位时，将释放多余的能量（退激）释放的方式可以是：发射X射线（辐射跃迁退激方式）；发射第三个电子─俄歇电子（俄歇跃迁退激方式）。（2）俄歇电子的表示每一俄歇电子的发射都涉及3个电子能级，故常以三壳层符号并列表示俄歇跃迁和俄歇电子。（《材料物理现代研究方法》P183图7-1）KL1L1L1M1M1L2,3VV（《测试方法》P295图5-26）显然，俄歇电

4、子与特征X射线一样，其能量与入射粒子无关，而仅仅取决于受激原子核外能级，所以，根据莫塞莱定律，可以利用此信号所携带的能量特征和信号强度，对试样进行元素组成的定性定量分析。原则上，俄歇电子动能由原子核外电子跃迁前后的原子系统总能量的差别算出。常用的一个经验公式为：式中：α、β、γ━分别代表俄歇电子发射所涉及的三个电子能级EZαβγ━原子序数为Z的原子发射的俄歇电子的αβγ俄歇电子的能量E━原子中的电子束缚能。例：已知EKNi＝8.333KeV，EL1Ni＝1.008KeV，EL2Ni＝0.872KeV，EL1Cu＝1.096KeV，EL2Cu＝0.951K

5、eV，求Ni的KL1L2俄歇电子的能量。（3）俄歇电子的能量解：用上经验公式求得：主要部分（前三项）＝6.453KeV；修正项（后一项）＝0.084KeV所以：Ni的KL1L2俄歇电子的能量＝6.453－0.084＝6.369KeV与实测值6.384相当吻合。（《材料物理现代研究方法》P185图7-3）俄歇电子能量图：（图中右侧自下而上为元素符号）各种系列的俄歇电子能量；每种元素所产生的俄歇电子能量及其相对强度（实心圆点高）。由于束缚能强烈依赖于原子序数，所以，用确定能量的俄歇电子来鉴别元素是明确而不易混淆的。实际检测中，各种元素的主要俄歇电子能量和标准

6、谱都可以在有关手册中查到。Mg的KLL系列俄歇电子能谱（《材料物理现代研究方法》P183图7-2）(4)影响俄歇电子能量的主要因素电子逃逸深度其定义为：具有确定能量Ec的电子能够通过而不损失能量的最大距离。电子逃逸深度就是电子非弹性散射的平均自由程，一般与入射粒子无关，是出射电子能量的函数。出射电子在出射过程中不能有能量的损失（否则便不再是特征能量而成为背底），而保证这一点的，便是电子出射时，在试样中只能经过电子的平均自由程的距离，而此距离一般不超过10个原子层的厚度（约0.5—3nm）。化学位移即：俄歇电子的能量受原子所处化学环境的改变而引起的俄歇谱峰

7、的移动。正是由于化学位移与原子所处的化学环境有关，所以其可被用来对试样原子的化学状态进行分析。（《测试方法》P295图5-26）MgO中Mg化学环境的改变引起其俄歇电子能谱峰位出现数个电子伏的移动。（1）AES谱用聚焦束在选区内扫描，从较大面积获得俄歇电子能谱。可根据元素或化合物的标准谱鉴别元素及其化学态。1.7.2AES分析结果的形式（2）AES成分深度剖图用载能惰性气体离子轰击样品，使表面溅射，再用电子束进行AES分析，可以得到元素浓度沿深度分布的剖图。AES剖图尤其适于分析10nm～1μm的薄膜及其界面。在最好情况下深度分辨可达5nm。（3）AES

8、成像及线扫描用扫描AES（或称扫描俄歇显微镜SAM：scanningAugerm