俄歇電子能譜分析原理

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1、電子能譜學(xué)第7講俄歇電子能譜原理朱永法清華大學(xué)化學(xué)系2005.11.7俄歇電子能譜俄歇電子能譜的原理俄歇電子能譜儀俄歇電子能譜的實(shí)驗(yàn)方法俄歇電子能譜的應(yīng)用2清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室俄歇電子能譜原理俄歇電子的發(fā)現(xiàn)俄歇電子能譜的發(fā)展俄歇電子能譜的重要性俄歇電子能譜的應(yīng)用領(lǐng)域3清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室俄歇電子能譜的建立1925年P(guān)ierreAuger就在Wilson云室中發(fā)現(xiàn)了俄歇電子，并進(jìn)行了理論解釋；1953年J.J.Lander首次使用了電子束激發(fā)的俄歇電子能譜(AugerElectronSpectroscopy,AES)并探討了俄

2、歇效應(yīng)應(yīng)用于表面分析的可能性1967年在Harris采用了微分鎖相技術(shù)，使俄歇電子能譜獲得了很高的信背比后，才開始出現(xiàn)了商業(yè)化的俄歇電子能譜儀1969年P(guān)almberg等人引入了筒鏡能量分析器（CylindricalMirrorAnalyser,CMA），使得俄歇電子能譜的信背比獲得了很大的改善最近10年，俄歇電子能譜適應(yīng)納米材料的特點(diǎn)，6nm空間分辨率；4清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室俄歇電子能譜的特點(diǎn)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0.5-2

3、nm；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6nm?？蛇M(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；5清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室俄歇電子能譜的發(fā)展趨勢(shì)場(chǎng)發(fā)射，高空間分辨率，6nm；更好的深度分辨能力，樣品旋轉(zhuǎn)技術(shù)，提高深度分辨能力；圖像譜儀功能，可以獲得元素圖像分布和化學(xué)態(tài)圖像分布信息；高速分析和自動(dòng)分析；6清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室俄歇電子能譜的重要性表面分析的主要手段；薄膜材料表面與界面分析需要；納米材料發(fā)展的需要；具有微區(qū)，深度和圖像分析的能力；適合微電子器件的研

4、究；7清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室俄歇電子能譜的主要應(yīng)用適合于納米薄膜材料的分析在金屬，半導(dǎo)體，電子材料，機(jī)械，陶瓷材料，薄膜材料，薄膜催化材料等方面有重要的作用；適合于微區(qū)分析；8清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室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；9清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室俄歇電子能譜的原理俄歇電子的產(chǎn)生俄歇電子能譜的原理比較復(fù)雜，涉及到三個(gè)原子軌道上二個(gè)電子的躍遷過程。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

5、子內(nèi)層軌道上的電子被激發(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。激發(fā)態(tài)正離子是不穩(wěn)定的，必須通過退激發(fā)而回到穩(wěn)定態(tài)。在退激發(fā)過程中，外層軌道的電子可以向該空穴躍遷并釋放出能量，并激發(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。10清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室俄歇電子的產(chǎn)生圖1俄歇電子的躍遷過程圖2俄歇電子的躍遷過程能級(jí)圖11清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室12清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室AugerElectrons>AtomicNo.3FParticulatedefectsAugerAnal

6、ysisDepth(4-50?)PrimaryElectronBeamCharacteristicX-rays>AtomicNo.4EDXAnalysisDepth(<1-5mm)13清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室俄歇電子能量分布在電子與固體相互作用過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的二次電子，均包含有相關(guān)信息；彈性散射電子，俄歇電子，能量損失電子，二次電子等；能量損失又可分為特征損失和非特征損失；俄歇電子的信號(hào)很弱；14清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室15清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室二次電子俄歇電子能量損失電子非彈性損失電子16清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室

7、彈性散射峰，能量保持不變，入射電子能量；低動(dòng)能寬峰，入射電子激發(fā)的二次電子在逃逸到表面過程中所產(chǎn)生的非彈性碰撞的損失峰；在該兩峰之間的小峰，其位置與入射能量無關(guān)，是俄歇電子峰。此外，還存在特征能量損失峰，隨入射能量而變化；各種峰的歸屬17清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室俄歇躍遷過程定義及標(biāo)記俄歇躍遷過程有一個(gè)嚴(yán)格的定義，它僅指躍遷電子的軌道與填充電子以及孔穴所處的軌道的不同能級(jí)之間產(chǎn)生的非輻射躍遷過程。當(dāng)填充電子或躍遷電子與激發(fā)態(tài)孔穴所在軌道能級(jí)相同時(shí)，該躍遷過程被定義為柯斯特-可羅尼格（Coster-Kroning）躍遷。當(dāng)激發(fā)孔穴、填充電子以

8、及躍遷電子的軌道能級(jí)都相同時(shí)，該種躍遷就定義為超級(jí)柯斯特-可羅尼格（SuperCoster-Kroning）躍遷。18清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室俄