8.2 俄歇電子能譜分析

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1、8.2.1概述俄歇電子：?當(dāng)具有足夠能量的粒子(光子、電子或離子)與一個原8.2俄歇電子能譜分析子相撞時，原子內(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)生一個空位，形成了激發(fā)態(tài)正離子。?該激發(fā)態(tài)正離子的能量較高，不穩(wěn)定，其恢復(fù)到基陳德良態(tài)的過程之一是外層電子填充到內(nèi)層空位，同時有一外層電子發(fā)射出去，該電子稱為俄歇電子(AES)。鄭州大學(xué)8.2.2俄歇過程理論?AES具有很高的表面靈敏度，其檢測極限約為10-3原子(1)俄歇電子的能量俄歇電子通常用參與俄歇過程的三個能級來命名，如單層，其采樣深度為1～2nm，比XPS還要淺，更適合表KL1L3，K代表初態(tài)空位所在

2、的能級，L1代表該能級上面元素分析，同樣也可應(yīng)用于表面元素價態(tài)的研究。的電子填充初態(tài)空位，L3表示該能級上的電子作為俄歇?配合離子束剝離技術(shù)，AES還具有很強的深度分析和電子發(fā)射出去。截面分析能力，常用來進行薄膜材料的深度剖析和界面俄歇躍遷有KLL、LMM、分析。MNN等系列，相應(yīng)于不同的始態(tài)和終態(tài)，每個系列都有多種?AES還可以用來進行微區(qū)分析，且由于電子束斑非常俄歇躍遷。小，具有很高的空間分辨率，可進行線掃描分析和面分布分析。如KLL系列：KL1L1，?AES方法在材料、機械、微電子等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)KL1L2，KL1L3，KL2L2，用，尤其是在納米薄膜材料領(lǐng)

3、域。KLL俄歇電子產(chǎn)生的過程KL2L3，KL3L3六根俄歇譜線。13（2）內(nèi)殼層產(chǎn)生空位俄歇過程涉及三個能級：初始空位、填充電子和躍遷用電離截面（Qw）來表示原子與外來粒子相互作用時電子各自所在的能級。發(fā)生電子躍遷產(chǎn)生空穴的幾率。可以根據(jù)參與俄歇過程的能級的結(jié)合能計算出不同元素的各俄歇電子能量。設(shè)原子的原子序數(shù)為Z，以KL1L2為例：式中，Qw為電離截面，cm2；Ew為W能級電子的電離能，eV；Ep為入射電子的能量，eV；U=Ep/Ew；aw，bw為常數(shù)；U為激發(fā)能與電離能之比。從右圖中可見，當(dāng)U為2.72.7實際工作中可使用俄歇手冊，查找每一種元素的標準俄時，電離

4、截面可以達到最歇譜圖，圖上標明了主要俄歇電子的能量，根據(jù)標準譜大值，可獲得最大的俄歇圖中特征峰的能量確定待測樣品中元素種類。電子能量。1(3)發(fā)生俄歇躍遷電離原子的去激發(fā)，有兩種不同的方式：?一種是電子填充內(nèi)層空位，輻射特征X射線的過程，稱為熒光過程；俄歇幾率?另一種便是俄歇過程。記發(fā)生熒光過程的幾率為Px，發(fā)生俄歇過程的幾率為Pa，則P+P=1xa熒光幾率E.H.S.Burhop給出了Px半經(jīng)驗公式:式中Z是原子序數(shù)，而A,B,C都是常數(shù)。由圖可見，Z<19，Pa在90％以上；Z=33，Px＝Pa。（4）俄歇電子從產(chǎn)生處傳輸?shù)奖砻妫瑥墓腆w表面逸出?如果俄歇電子沿著

5、固體表面法線成θ角并指向固體外部的方向傳輸，則超過3λcosθ處產(chǎn)生的俄歇電子，就不能能量俄歇電子從產(chǎn)生處向表面輸運，可能會遭到彈性散射或非無損地到達表面然后逸出。彈性散射，方向會發(fā)生變化，如果是非彈性碰撞，能量會?實際上λ非常小，大約在0.3~2nm之間，因此俄歇能譜受到損失。俄歇電子如果能量受到損失，便會失去所攜帶儀可進行表面分析。的元素特征信息而成為背底。用來進行表面分析的俄歇電子，應(yīng)當(dāng)是能量無損地輸運到表面的電子，因而只能是在很淺處產(chǎn)生，這就是俄歇譜擅長表面分析的原因。設(shè)有N個俄歇電子，在固體中經(jīng)過dz距離，損失了dN個，λ為非彈性散射“平均自由程”，則有：

6、?zN=Neλ0俄歇電子在固體材料中傳輸按指數(shù)衰減的規(guī)律，經(jīng)過3λ，便只剩下5％，粗略地可以認為全部都被衰減掉了。8.2.3.1初級探針系統(tǒng)8.2.3俄歇電子譜儀俄歇電子能譜儀所用的信號電子激發(fā)源是電子束。真空系統(tǒng)電子光學(xué)系統(tǒng)的作用是為能譜分析提供電子源，主要由電初級電子探針系統(tǒng)子激發(fā)源(熱陰極電子槍)、電子束聚焦(電磁透鏡)和偏轉(zhuǎn)俄歇電子系統(tǒng)(偏轉(zhuǎn)線圈)組成。電子能量分析器譜儀樣品室電子光學(xué)系統(tǒng)的主要指標是入射電子束能量、束流強度與信號測量系統(tǒng)及在束直徑三個指標。線計算機俄歇電子譜儀的基本結(jié)構(gòu)28.2.3.2能量分析器及信號檢測系統(tǒng)筒鏡分析器的工作原理：俄歇信號強

7、度大約是初級電子強度的萬分之一；?分析器的主體是兩個同心的圓筒，樣品和內(nèi)筒同時接AES的能量分析系統(tǒng)必須選擇信噪比高的筒鏡分析器。地，在外筒上施加一個負的偏轉(zhuǎn)電壓，內(nèi)筒上開有圓環(huán)狀的電子入口和出口，激發(fā)電子槍放在鏡筒分析器的內(nèi)腔中(也可以放在鏡筒分析器外)。?由樣品上發(fā)射的具有一定能量的電子從入口位置進入兩圓筒夾層，因外筒加有偏轉(zhuǎn)電壓，最后使電子從出口進入檢測器。?若連續(xù)地改變外筒上的偏轉(zhuǎn)電壓，就可在檢測器上依次接收到具有不同能量的俄歇電子，從能量分析器輸出的電子經(jīng)電子倍增器、前置放大器后進入脈沖計數(shù)器，最后由X-Y記錄儀或熒光屏顯示俄歇譜，即俄歇電子數(shù)目N隨電