表面分析3-俄歇

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1、HuazhongUniversityofScienceandTechnology材料分析与表征技术黄云辉材料科学与工程学院第二部分俄歇光谱分析8俄歇光谱分析（1）基本原理（2）测试方法（3）应用§8-1基本原理一、俄歇电子能谱的发展•1925年PierreAuger在Wilson云室中发现了俄歇电子；•1953年J.J.Lander首次使用了电子束激发的俄歇电子能谱（AugerElectronSpectroscopy,AES）；•1967年在Harris采用微分锁相技术，使俄歇电子能谱获得了很高的信背比后，才开始出现了商业化的俄歇电子能谱仪；•俄

2、歇电子能谱仪已发展为具有很高微区分辨能力的扫描俄歇微探针（ScanningAugerMicroprobe,SAM）。二、俄歇电子的产生•首先，外来的激发源（电子束或X射线）与原子发生相互作用，把内层轨道（W轨道）上的一个电子激发出去，形成一个孔穴；外层（X轨道）的一个电子填充到内层孔穴上，产生一个能量释放，促使次外层（Y轨道）的电子激发发射出来而变成自由的俄歇电子。Y俄歇电子XWEYEX出射电子激发源填充电子俄歇电子E激发源W图1俄歇电子的跃迁过程图2俄歇电子的跃迁过程的能级图（1）俄歇电子强度•俄歇电子的动能只与元素激发过程中涉及的原子轨道的能

3、量有关，而与激发源的种类和能量无关；•俄歇电子的强度是俄歇电子能谱进行元素定量分析的基础；•由于俄歇电子在固体中激发过程的复杂性，目前还难以用俄歇电子能谱来进行绝对的定量分析；•俄歇电子的强度除与元素的含量有关外，还与原子的电离截面、俄歇产率以及逃逸深度等因素有关。（2）俄歇激发源•在俄歇电子的激发过程中，一般采用较高能量的电子束作为激发源。常规分析时电子束的加速电压一般采用3kV，这样几乎所有元素都可以激发出特征俄歇电子。但为了减少电子束对样品的损伤或降低样品的荷电效应，也可采取更低的激发能。•对于有些元素，由于特征俄歇电子的能量较高，一般可采

4、用较高的激发源能量如5keV；在进行高空间分辨率的微区分析时，为了保证具有足够的空间分辨率，也常用10keV以上的激发能量。（3）俄歇电子产额•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，退激发过俄歇电子产额与原子序数的关系程中荧光X射线与俄歇电子由图可知，对于K层空穴Z<19，的相对发射几率，即荧光产发射俄歇电子的几率在90％以上；额(K)和俄歇电子产额()K随Z的增加，X射线荧光产额增加，满足而俄歇电子产额下降。Z<33时，俄歇发射占优势。K=

5、1－K俄歇电子与X射线荧光处于激发态的原子可能发生两类过程：一类是内壳层空穴被外壳层电子所填充,由此释放出能量而产生X射线荧光。另一类是电子由外壳层落到内壳层，用所释放出来的能量打出一个其电离势更低的轨道电子（通常为价电子）。1.根据半经验计算，K能KLL1LMMMNN1级激发的P与P的关AX系可以用左图表示。2.从图上可见，当元素的原子序数小于19时（即轻元素）,俄歇跃AugerYield迁几率（PA）在90%FluorenscenceYieldKLM以上。0010203040506070809003.直到原子序数增加到AtomicNumbe

6、r33时，荧光几率才与俄歇跃迁几率及荧光几率与原子序数的关系俄歇几率相等•对于Z≤14的元素，采用KLL俄歇电子分析；•1442时，以采用MNN和MNO俄歇电子为佳。（4）俄歇分析的特点•表面性（1-2nm）•具很高的表面灵敏度，检测极限约为10-3原子单层•可以同时分析除氢氦以外的所有元素•半定量分析表面成份•化学价态分析•微区分析•界面分析三、俄歇电子能谱的特征（1）直接谱与微分谱•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d

7、N(E)/dE对E的分布[dN(E)/dE－E]。俄歇电子能谱示例(银原子的俄歇能谱)（2）俄歇化学位移•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

8、形状的改变（称为价电子谱）等。化学位移示例Mo(110)面俄歇能谱（3）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