俄歇电子能谱分析实验报告2

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1、俄歇电子能谱实验报告B组2010/12/16清平大学材料系目录俄歇电子能谱分析实验报告21.实验H的22.剣金顯22.1AES簡介22.2俄歇效应22.3俄歇电子能量42.4俄歇电流的计算52.5俄歇电子能谱仪62.6俄歇电子能谱在材料分析屮的应用73.实验仪器及样品的制备84.实馳容85.翻射斤9辨翅10俄歇电子能谱分析实验报告1.实验目的本次实验的H的是了解AES电子能谱的基本原理：完整记录实验曲线；了解AES电子能谱的基本实验技术及其主要特点，分析待测样品的成分、化学价态。2.实验原理2.1AES简介俄歇电子能谱，英文全称为AugerElectronSpectro

2、scopy，简称为AES，是材料表面化学成分分析、表面元素定性和半定量分析、元素深度分布分析及微区分析的一种有效的手段。俄歇电子能谱仪具有很高表面灵敏度，通过正确测定和解释AES的特征能量、强度、峰位移、谱线形状和宽度等信息，能直接或间接地获得固体表面的组成、浓度、化学状态等信息。当原子的内层电子被激发形成空穴后，原子处于较高能量的激发态。这一状态是不稳定的，它将自发跃迁到能量较低的状态一一退激发过程，存在两种退激发过程：一种是以特征X射线形式向外辐射能量一一辐射退激发；另一种通过原子内部的转换过程把能量交给较外层的另一电子，使它克服结合能而向外发射一一非辐射退激发过程

3、（Auger过程｝。向外辐射的电子称为俄歇电子。其能量仅由相关能级决定，与原子激发状态的形成原因无关，因而它具有“指纹”特征，可用来鉴定元素种类。2.2俄歇效应处于基态的原子若用光子或电子冲击激发使内层电子电离后，就在原子的芯能级上产生一个空穴。这一芯空穴导致外壳层收缩。这种情形从能量上看是不稳定的，并发生弛豫，K空穴被高能态h的一个电子填充，剩余的能量(EK-EU)用于释放一个电子，即俄歇电子。如图1所示。Augertransition图1固体KLL俄歇过程阁示俄歇过程是一三电子过程，终态原子双电离。俄歇电子用原子中出现空穴的X射线能级符号次序表示，俄歇过程可以用图2

4、表示：小氏XW.xpYqG，P，q为次壳层标i<2)其中：Wj—初态空位X〜弛豫电了•空位PYq—俄歇电子发射空位图2俄歇过程图示通常俄歇过程要求电离空穴与填充空穴的电子不在同一个主壳层内，即W类X。若W=X#Y，称为C-K跃迁(Coster-Kronig跃迁)，(p〉i)，$0LiL2M；若W=X=Y称为超C-K跃迁，(p>iq>i),如N5N6N6。俄歇过程根据初态空位所在的主壳层能级的不同，可分为不同的系列，如K系列L系列，M系列等。同一系列中又可按参与过程的电子所在主壳层的不同分为不同的群，如K系列包含KLLKLMKMM…等俄歇群。每一群又有间隔很近的若干条谱线

5、组成，对于KLL俄歇系列，根据其终态，可以分为：KkLvKkL2,KL^b，KL2L2,KL2L3,KL3L3六种类型。因为，根据粒子的全同性，无法分辨KL3LjnKL1L3,以及KL2L3和KL3L2等。这样，在俄歇谱上，表现为六根谱线。但这并不影响分析。因为俄歇分析主要利用主要的峰进行。不需要搞清楚每个小峰。而且商品仪器的分辨率也不高，但是在理论上有意义。元素H和He是不能发生俄歇跃迁的。2.3俄歇电子能量用来作表面分析的俄歇电子的能量在0〜2000ev之间。俄歇谱仪是根据俄歇电子的能量来识别元素的，也就是说，俄歇电子的能量带有元素木身的信息。所以，准确知道俄歇电子

6、的能量很重要。实用上，俄歇电子能量可以准确查到，无需进行计算。例如：Perkin-Elmer公司的俄歇手册上，对于每一种元素，有一张俄歇图谱，表标明Y主要俄歇峰的能量。考虑孤立原子，假设原子序数为Z，跃迁为WjXpYq。有如下公式成立：Evxy=(Z)-£x(Z)-Ey(Z)实际上，对于有空位的壳层，能级同充满时有所不同。•••£r(Z)<£r(Z)<£y(Z+l)•••£r(Z):£r(Z)+#[£r(Z+l)-£r(Z)]r.Ewxy=Ew(Z)-Ex(Z)-EY(Z)-^Ey(Z+l)-Ey(Z)]其中0

7、q是同一种俄歇跃迁，无法分辨。贝lj:WjXpYq跃迁:£u/xr=£w/(Z)-£x(Z)-£r(Z)-^[£y(Z+l)-£r(Z)]WjYpXq跃迁:£ira=£vv(Z)-£r(Z)-£x(Z)-#[£x(Z+l)-£x(Z)]因为ewxy(z)=ewyx(Z)，作为一种半经验近似，可以取上述两式的平均值作为俄歇电子的能量，并且取p=(v=i。此吋有：£lvxJZ)=£ira(Z)=£u/(Z)-i[£x(Z+l)+£x(Z)]-

8、[£r(Z+l)+£r(Z)]这种估算结果和实际测量的结果很接近。对于固体材料，如果不考虑涉及价带的