05 俄歇電子能譜分析02

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1、第五章俄歇電子能譜分析俄歇電子能譜可以分析除氫氦以外的所有元素，是有效的定性分析工具；俄歇電子能譜具有非常靈敏的表面性，是最常用的表面分析手段，檢測(cè)深度在0.5-2nm；檢測(cè)極限約為10-3原子單層。采用電子束作為激發(fā)源，具有很高的空間分辨率，最小可達(dá)到10nm。可進(jìn)行微區(qū)分析和深度分析，具有三維分析的特點(diǎn)。要求是導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料；1俄歇電子能譜提供的信息表面元素的定性鑒定；表面元素的半定量分析；表面成份的微區(qū)分析；元素的深度分布分析；元素的二維分布分析；元素的化學(xué)價(jià)態(tài)分析；2俄歇電子的產(chǎn)生——俄歇效應(yīng)當(dāng)具有足夠能量的粒子（光子、電子或離子）與一個(gè)原子碰撞時(shí)，原子內(nèi)層軌道

2、上的電子被激發(fā)出后，在原子的內(nèi)層軌道上產(chǎn)生一個(gè)空穴，形成了激發(fā)態(tài)正離子。例如X射線激發(fā)固體中的原子內(nèi)層電子，原子在發(fā)射光電子的同時(shí)內(nèi)層出現(xiàn)空位,此時(shí)原子處于激發(fā)態(tài)，將會(huì)以兩種方式退激發(fā)：發(fā)射特征X射線：原子內(nèi)層(例如K層)出現(xiàn)空位，較外層(例如L層)電子向內(nèi)層輻射躍遷，發(fā)射熒光(二次)X射線，h?=?E=EL-EK。3在這激發(fā)態(tài)離子的退激發(fā)過(guò)程中，外層軌道的電子可以向該空穴躍遷并釋放出能量，而該釋放出的能量又可以激發(fā)同一軌道層或更外層軌道的電子使之電離而逃離樣品表面，這種出射電子就是俄歇電子。發(fā)射俄歇電子:以K層出現(xiàn)空位為例，L層(如L2層)電子向K層躍遷，多余能量不以產(chǎn)

3、生輻射的形式釋放，而使L層上另一電子脫離原子發(fā)射出去，此電子即稱為俄歇電子顯然，俄歇效應(yīng)是一個(gè)無(wú)輻射躍遷過(guò)程俄歇電子的能量和入射電子的能量無(wú)關(guān)，只依賴于原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)和俄歇電子發(fā)射前它所處的能級(jí)位置，大多在50-2000eV。4俄歇電子的能量對(duì)于孤立原子KL2L3俄歇電子能量EKL2L3取決于俄歇電子過(guò)程初態(tài)與終態(tài)的能量(電子結(jié)合能)之差，即Ek：K層電子的能量；EL2：L2層電子的能量或L2層的激發(fā)能EL3：L3層電子的能量或L3層的激發(fā)能Ew：樣品材料的逸出功，即樣品內(nèi)俄歇電子逸出表面所必須消耗的能量。對(duì)于大多數(shù)金屬，Ew＝3.0-4.5eV，視不同材料而定。5俄歇譜

4、一般具有兩種形式，直接（積分）譜和微分譜；直接譜即俄歇電子密度(電子數(shù))N(E)對(duì)其能量E的分布[N(E)~E)。微分譜由直接譜微分而來(lái)，是dN(E)/dE對(duì)E的分布。用微分譜進(jìn)行分析時(shí)，一般以負(fù)峰能量值作為俄歇電子能量，用以識(shí)別元素(定性分析)，以峰—峰值(正負(fù)峰高度差)代表俄歇峰強(qiáng)度，用于定量分析。5.2俄歇譜直接譜與微分譜65.3俄歇電子能譜儀真空系統(tǒng)超高真空的獲得電子槍能量分析器離子槍數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)7俄歇電子能譜的定性分析俄歇電子能譜的定量分析俄歇電子能譜的深度分析俄歇電子能譜的微區(qū)分析俄歇電子能譜的價(jià)態(tài)分析5.4俄歇電子能譜分析8由于俄歇電子的能量?jī)H與原子本

5、身的軌道能級(jí)有關(guān)，與入射電子的能量無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)與激發(fā)源無(wú)關(guān)。對(duì)于特定的元素及特定的俄歇躍遷過(guò)程，其俄歇電子的能量是特征的。由此，我們可以根據(jù)俄歇電子的動(dòng)能用來(lái)定性分析樣品表面物質(zhì)的元素種類(lèi)。該定性分析方法可以適用于除氫、氦以外的所有元素，且由于每個(gè)元素會(huì)有多個(gè)俄歇峰，定性分析的準(zhǔn)確度很高。因此，AES技術(shù)是適用于對(duì)所有元素進(jìn)行一次全分析的有效定性分析方法，這對(duì)于未知樣品的定性鑒定是非常有效的。1定性分析9從樣品表面出射的俄歇電子的強(qiáng)度與樣品中該原子的濃度有線性關(guān)系，因此可以利用這一特征進(jìn)行元素的半定量分析。因?yàn)槎硇娮拥膹?qiáng)度不僅與原子的多少有關(guān)，還與俄歇電子的逃逸深度、

6、樣品的表面光潔度，元素存在的化學(xué)狀態(tài)以及儀器的狀態(tài)有關(guān)。因此，AES技術(shù)一般不能給出所分析元素的絕對(duì)含量，僅能提供元素的相對(duì)含量。而且因?yàn)樵氐撵`敏度因子不僅與元素種類(lèi)有關(guān)還與元素在樣品中的存在狀態(tài)及儀器的狀態(tài)有關(guān)，即使是相對(duì)含量不經(jīng)校準(zhǔn)也存在很大的誤差。2半定量分析103俄歇深度剖析AES的深度分析功能是俄歇電子能譜最有用的分析功能。一般采用Ar離子束進(jìn)行樣品表面剝離的深度分析方法。其分析原理是先用Ar離子把表面一定厚度的表面層濺射掉，然后再用AES分析剝離后的表面元素含量，這樣就可以獲得元素在樣品中沿深度方向的分布。114微區(qū)分析微區(qū)分析也是俄歇電子能譜分析的一個(gè)重要

7、功能，可以分為選點(diǎn)分析，線掃描分析和面掃描分析三個(gè)方面。這種功能是俄歇電子能譜在微電子器件研究中最常用的方法，也是納米材料研究的主要手段。12