俄歇电子能谱AES课件.ppt

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1、俄歇电子能谱三种最基本的表面分析方法名称俄歇电子能谱X射线光电子能谱二次离子质谱AESXPSSIMS一次束电子X射线离子检测粒子俄歇电子光电子二次离子EABC＝EA-EB-ECEk＝hν-Ebm/e特点定量较好带有化学位移信息检测灵敏度高分辨率高表面损伤小ppb缺点轻元素不能分析分辨差表面损伤（X射线不易聚焦）定量困难共同点：元素种类分析（成分分析、痕量分析）、表面分析俄歇电子能谱(AugerElectronSpectroscopy简称AES)一、简介二、基本原理三、定性及定量分析方法四、俄歇谱仪介绍五、主要应用一般仪器原理示意图一、简介当电子束照

2、射到样品表面时，将有带着该样品特征的Auger电子从样品表面发射。从Auger电子可以得到如下信息：发射的Auger电子能量确定元素种类Auger电子数量元素含量＋电子束聚焦、偏转和扫描元素面分布＋离子束溅射刻蚀元素深度分布AES是一种重要的材料成分分析技术。其最大特点是：Δ信息来自表面（3-30Å）Δ具有微区分析能力（横向与深度分辨率好）Δ定量分析较好二、基础知识1.俄歇效应(1925年，法国人P.Auger)用某种方法使原子内层电子(如K层)电离出去，内层出现空位。电离原子去激发可采用如下两种形式：Δ辐射跃迁:一外层电子填充空位后，发射出特征X

3、射线(例L3上电子填充K能级上空位，发出X射线Kα1)Δ无辐射过程(即Auger过程)：一外层电子填充空位，使另一个电子脱离原子发射出去(例L1上电子填充K能级空位，同时L3上的电子发射出去，称KL1L3俄歇跃迁)。特点：Δ第二个电子在弛豫过程中释放的能量，须大于或至少等于第三个电子的束缚能。Δ终态为二重电离状态。ΔH和He只有一个K壳层，最多只有2个电子，无法产生Auger跃迁。C-K跃迁(Coster-Kronig跃迁)：终态空位之一与初态空位处于同一主壳层内即WiWpYq(p>i)超C-K跃迁：两终态都与初态空位处于同一主壳层内即WiWpWq

4、(p>i，q>i)C-K跃迁速度快，△t小，由测不准原理(△E)(△t)h，ΔE大，带来能量的分散，使谱线展宽。2.俄歇电子能量EABC=EA(Z)-EB(Z)-EC(Z)EA、EB、EC分别为A、B、C能级上电子的结合能，是原子序数为Z的元素的函数，是该种元素原子所特有的，因此EABC也是该种元素特有的。修正：EABC=EA(Z)-1/2[EB(Z)+EB(Z+1)]-1/2[EC(Z)+EC(Z+1)]相邻原子序数该能级的能量特点：Δ一种原子可能产生几组不同能级组合的俄歇跃迁，因而可以有若干不同特征能量的俄歇电子。Δ可能出现的俄歇跃迁数随原子序

5、数增大(壳层数增多)而迅速增加。Δ俄歇电子的能量大多在50-2000eV(不随入射电子能量改变)Δ主峰通过实验和计算得到He以后所有元素的各组基本俄歇跃迁的特征能量。3．俄歇电流俄歇电流的大小，即俄歇峰所包含的电子数，表示所含元素原子的多少。俄歇电子从固体表面的发射过程：△产生内层电离的原子－电子碰撞电离截面△俄歇跃迁过程－俄歇跃迁几率△俄歇电子从产生处输运到表面，从固体表面逸出－逸出深度(1)电子碰撞电离截面QA入射电子与原子相互作用时，内层能级A上产生空位的几率。设U=Ep/EAEp:入射电子能量EA：内层能级束缚能通过理论计算及实验测定，得到

6、如下公式：QA=αEA-2(lnU/U)[Å2]可见：△U必须>1即Ep>EA△曲线有最大值，当U≈2.7时(Ep为EA的2.7倍)△电离截面取决于束缚能实验数值：内层束缚能：1keV入射电子能量：3-5keVU:3-4(2)俄歇跃迁几率PR：X射线辐射几率PA：俄歇电子跃迁几率PR＋PA＝1荧光几率与俄歇几率(初态在K层)对于Z≤15，采用K系列荧光几率很小荧光产额与束缚能△荧光几率随束缚能的增大而增大，而束缚能随壳层由内向外逐渐减小－－依次采用K、L、M系列荧光几率可保持较小数△对于同一壳层上的束缚能随原子序数增加而增加－－对轻元素分析特别灵敏

7、。选取适合系列，退激发过程可认为仅有俄歇过程。(3)俄歇电子逸出深度俄歇电子的逸出深度在小于或等于其在固体中的平均自由程时，才能得到有价值的俄歇信息。N=N0e-z/λλ：非弹性散射平均自由程－逸出深度z：垂直于表面，指向外部平均逸出深度与俄歇电子能量（对纯元素与元素种类关系不大）在高能段λ∝E0.7当俄歇电子能量为0-2000eV，逸出深度为3－30Å，平均逸出深度10Å。(4)背向散射电子激发的俄歇发射当背向散射电子能量≥EA，亦能使原子激发，产生俄歇过程。激发俄歇电子的总电流：I=(1+r)IpIp：入射束流r：背向散射二次发射系数背向散射电

8、子的作用，将使俄歇信息强度增加百分之几，这一量值随U的增大而增大，随原子序数增加而增加。(5)俄歇电流表达式IA=∫o∞I