材料的表面与界面分析－2aaes-北京电子能谱中心.ppt

清华大学化学系 表面与材料研究组 俄歇电子能谱 引言 1925年Pierre Auger就在Wilson云室中发现了俄歇电子 1953年J.J.Lander首次使用了电子束激发的俄歇电子能谱(Auger Electron Spectroscopy, AES) 1967年在Harris采用了微分锁相技术，使俄歇电子能谱获得了很高的信背比后，才开始出现了商业化的俄歇电子能谱仪 俄歇电子能谱仪已发展为具有很高微区分辨能力的扫描俄歇微探针（Scanning Auger Microprobe, SAM） AES的特点 表面性（1-2nm） AES具有很高的表面灵敏度，其检测极限约为10-3原子单层 可以同时分析除氢氦以外的所有元素 半定量分析表面成份 化学价态分析 微区分析 界面分析 AES原理 俄歇电子的产生 从图上可见，首先，外来的激发源与原子发生相互作用，把内层轨道（W轨道）上的一个电子激发出去，形成一个孔穴。外层（X轨道）的一个电子填充到内层孔穴上，产生一个能量释放， 促使次外层（Y轨道）的电子激发发射出来而变成自由的俄歇电子。 AES原理 俄歇动能 从俄歇电子跃迁过程可知，俄歇电子的动能只与元素激发过程中涉及的原子轨道的能量有关，而与激发源的种类和能量无关。 俄歇电子的能量可以从跃迁过程涉及的原子轨道能级的结合能来计算。对于WXY俄歇跃迁过程所产生的俄歇电子的能量可以用下面的方程表示： EWXY (Z)= EW(Z) - EX(Z) - EY(Z+?) EWXY (Z)= EW(Z) - 1/2[EX(Z+1)+ EX(Z)] -1/2[EY(Z+1) + EY(Z)] EWXY (Z)= EW(Z) - 1/2[EX(Z+1)+ EX(Z)] -1/2[EY(Z+1) + EY(Z)] - ?s AES原理 俄歇电子强度 俄歇电子的强度是俄歇电子能谱进行元素定量分析的基础。 但由于俄歇电子在固体中激发过程的复杂性，到目前为止还难以用俄歇电子能谱来进行绝对的定量分析。 俄歇电子的强度除与元素的存在量有关外，还与原子的电离截面，俄歇产率以及逃逸深度等因素有关 AES原理 激发电压 在俄歇电子的激发过程中，一般采用较高能量的电子束作为激发源。在常规分析时，电子束的加速电压一般采用3kV。这样几乎所有元素都可以激发出特征俄歇电子。但在实际分析中，为了减少电子束对样品的损伤或降低样品的荷电效应，也可以采取更低的激发能。 对于有些元素，由于特征俄歇电子的能量较高，一般可采用较高的激发源能量如5keV。在进行高空间分辨率的微区分析时，为了保证具有足够的空间分辨率，也常用10keV以上的激发能量。 此外，还必须注意元素的灵敏度因子是随激发源的能量而变的，而一般手册能提供的元素灵敏度因子均是在3.0keV, 5.0 keV和10.0 keV的数据。 总之，在选择激发源能量时，必须考虑电离截面，电子损伤，能量分辨率以及空间分辨率等因素，视具体情况而定 AES原理 俄歇跃迁几率与X射线荧光几率 从图上可见，当元素的原子序数小于19时（即轻元素）, 俄歇跃迁几率（PA）在90%以上。直到原子序数增加到33时，荧光几率才与俄歇几率相等。 样品制备 俄歇电子能谱仪对分析样品有特定的要求，在通常情况下只能分析固体导电样品。经过特殊处理，绝缘体固体也可以进行分析。 粉体样品原则上不能进行俄歇电子能谱分析，但经特殊制样处理也可以进行一定的分析。 由于涉及到样品在真空中的传递和放置，待分析的样品一般都需要经过一定的预处理。 主要包括样品大小，挥发性样品的处理，表面污染样品及带有微弱磁性的样品等的处理。 EAES与 XAES的比较 用电子束作为激发源的优点是：（1）电子束的强度大于X射线源多个数量级；（2）电子束可以进行聚焦，具有很高的空间分辨率；（3）电子束可以扫描，具有很强的图像分析功能；（4）由于电子束束斑直径小，具有很强的深度分析能力。 然而XAES 也具有很多优点：（1）由于X射线引发的二次电子较弱，俄歇峰具有很高的信/背比；（2）X射线引发的俄歇电子具有较高的能量分辨率；（3）X射线束对样品的表面损伤小得多。 俄歇电子能谱图的分析技术 俄歇电子能谱的定性分析 由于俄歇电子的能量仅与原子本身的轨道能级有关，与入射电子的能量无关，也就是说与激发源无关。对于特定的元素及特定的俄歇跃迁过程，其俄歇电子的能量是特征的。由此，我们可以根据俄歇电子的动能用来定性分析样品表面物质的元素种类。该定性分析方法可以适用于除氢、氦以外的所有元素，且由于每个元素会有多个俄歇峰，定性分析的准确度很高。因此，AES技术是适用于对所有元素进行一次全分析的有效定性分析方法，这对于未知样品的定性鉴定是非常有效的。 俄歇电子能谱的定性分析 为了