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《第五章 能谱分析 51 俄歇电子能谱分析(aes) 511 俄歇电》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第五章能谱分析5.1俄歇电子能谱分析(AES)5.1.1俄歇电子能谱概述俄歇电子能谱(AES)采用受照射原子弛豫过程中产生的俄歇电子为测试信号。它与光分析、X射线分析不同的是,俄歇电子测试的是真正的电子及其能量。光分析的对象是光波或电磁波。仅是能量。俄歇电子能谱法有三个基本特征：a)俄歇电子能谱分析属于元素分析范畴；b)可做厚度小于2nm的固体表面及内层的三维分析；c)可以不破坏样品,属于无损分析。目前俄歇电子能谱研究水平：a)进行表面分析；b)组成元素的二维和2nm内元素的三维分布的分析。5.1.2俄歇电子的产生及其能量如第四章如述,当能量高于原子内层电子结合能的高能幅射如X射
2、线照射原子时,可逐出内层电子而出现空穴,使其处于不稳定的高能激发态。它将自发产生“弛豫过程”。弛豫过程除了第四章讲的会产生X射线或X射线荧光外,还有第二种弛豫过程：外层的一个电子补充进入内层轨道,同时把多余的能量传递给同外层或更外层电子,使这个电子的能量高于它所处轨道的能量而离开原轨道,逸出原子。这个电子称为“俄歇电子”。俄歇电子是第二次被溢出原子的电子。如果填补空穴的电子与空穴在同一能级上,这个过程叫作“科斯特－克罗宁”过程,它既不产生X射线荧光,也不产生俄歇电子。我们不考虑这一过程例如：K层电子(光电子)因高能幅射而被击出原子,K层产生空穴,L层电子补入K层,多余的能量：△E
3、=EL－EK这个能量差可传递给L层电子,也可传递给更外层M、N层的电子,则这个俄歇电子分别记作KLL、KLM、KLN。第一个字母表示形成第一个空穴的电子层；第二个字母表示填入空穴的电子原所在的轨道层；第三个字母表示接受能量、逸出原子的电子原所在的轨道层。所以,一个俄歇电子应由三个字母表示。这个俄歇电子的能量分别为：KLL俄歇电子能量：EKLL=EL2+EL1－EK(同在L层,因亚层不同,能量不同)KLM俄歇电子能量：EKLM=EM+EL1－EKKLN俄歇电子能量：EKLN=EN+EL1－EK对于实际测量中,还需考虑仪器的功函数,测得的俄歇电子能量会更低一点。如：KLL俄歇电子实测
4、能量：EKLL=EL2+EL1－EK－φφ是电子从费米能级提升到仪器的样品托架的电位所需做的功。从上式看,俄歇电子的能量和激发源X射线和照射源能量无关,只和俄歇电子原在的原子结构、所在的电子轨道和φ有关。可用俄歇电子的能量确定样品的元素成分。5.1.3俄歇电子的产额在弛豫过程中,X射线或荧光和俄歇电子(包括“科斯特－克罗宁”过程)是同时产生的。二者只居其一。X射线荧光和俄歇电子的产额是元素的固有特性,不受人为控制。对于K层,其X射线荧光产额ωk与俄歇电子产额αk之和等于1。αk=俄歇电子数/电子轨道最初空穴数ωk+αk=1X射线荧光产额ωk随元素的原子序数Z变化,Z越小,荧光产额
5、ωk越小：ωk=(1+bkZ-4)-1其中bk约为1.12×106。当ωk=0.5,即X射线荧光产额ωk与俄歇电子产额αk完全相同时,可求得：0.5=(1+1.12×106Z-4)-1Z=32.5即：原子序数Z<32的轻元素,俄歇电子产额占主要部分。Z<19时,俄歇电子产额占90%以上；Z<11时,俄歇电子产额占98%以上。适合于作俄歇电子能谱分析。但H和He由于只有K层电子,所以不可能产生X射线荧光和俄歇电子。Z很大的元素的俄歇电子能谱灵敏度较低。5.1.4俄歇电子信号俄歇电子信号的强弱不仅与其产额有关,还受到其它因素的影响。1)探针电子能量的影响具有一定能量(不是能级)照射样
6、品的电子束又称“探针电子”。探针电子能量的大小,决定着样品电离的程度,即被击出原子的电子(光电子)的数量或可产生的空穴数量的多少。探针电子能量越大产生的空穴越多,在俄歇电子产额αk确定的情况下,产生的俄歇电子数将越多,俄歇电子信号将可能越强(X射线荧光也可能越强)。若有Ii个能量为Ei的探针电子以入射角θ照射到固体表面时,能够逸出到样品表面外的单位立体角内的俄歇电子数的微分方程为：dIa/dω=αx/4π∫f(Z,Ei,θ,Ii)exp(－μZ/cosθ)dZ式中：αx—为X能级的俄歇电子产额；μ—俄歇信号电子的吸收系数；ω—立体角；θ—入射角；Z—原子序数；f—被电离的离子数的
7、纵向密度函数。显然,离子数的纵向密度函数在很大程度上影响着俄歇电子信号的强度。例如,用探针电子沿垂直方向照射表面光滑、密度为3.52g·cm-3的非晶型碳的样品表面时,碳的K能级离子纵向离子数分布与探针电子能量Ei的关系如图所示(画图)。可得到如下结论：a)当探针电子能量(级)<4Eth(Eth为碳原子中K电子的结合能,为284eV)时,在距离表面10nm厚度内,离子的密度大。随着纵向的深入,离子的密度迅速下降。b)上述现象表明,探针电子能量较小时,大角度散射的概率高,主要会产生
