第十四章电子能谱讲述.ppt

第三篇　电子能谱、光谱、质谱分析第十四章 电子能谱分析 ◆ 俄歇电子能谱 ◆ 光电子能谱 ◆ 紫外光电子能谱 什么是电子能谱分析法？ 电子能谱分析法 　采用单色光源如X射线、紫外光或电子束去照射样品，使样品中电子受到激发而发射出来，然后测量这些电子的产额（强度）对其能量的分布，从中获得有关信息的一类分析方法。 本章主要介绍 俄歇电子能谱法(AES) X射线光电子能谱法(XPS) 紫外光电子能谱法(UPS) §14.1 俄歇电子能谱分析 ■ 俄歇电子能谱分析（AES） 　用具有一定能量的电子束(或X射线)激发样品，产生俄歇效应，通过检测俄歇电子的能量和强度，从而获得有关材料表面化学成分和结构的信息的方法。 ■ AES与XPS（光电子能谱分析）、SIMS（二次离子质谱分析）为三种重要的表面成分分析法。 1．俄歇电子产额 ■ 主峰俄歇电子特征能量－－照射原子的特性---－成分定性分析。 ■俄歇电子产额或俄歇跃迁几率决定俄歇谱峰强度，直接关系到元素的定量分析。俄歇电子与特征X射线是两个互相关联和竞争的发射过程。对同一K层空穴，激发过程中荧光X射线与俄歇电子的相对发射几率，即荧光产额(?K)和俄歇电子产额　　满足 =1－?K ◆ 俄歇分析的选择 　荧光跃迁几率小，则俄歇跃迁几率大。结合 主峰俄歇电子特征能量图，通常 ■ 对于Z≤14的元素，采用KLL俄歇电子分析； ■ 14Z42的元素，采用LMM俄歇电子较合适； ■ Z42时，以采用MNN和MNO俄歇电子为佳。 2．直接谱与微分谱 ◆　直接谱 　俄歇电子强度[密度(电子数)]N(E)对其能量E的分布[N(E)－E]。 　1-5kev入射电子照射试样，俄歇电子发射深度2nm以 内。由于元素的俄歇电子能量在50－2000ev, 能量分析 器接受含俄歇电子在内的二次电子谱，其中俄歇电子 为分析信号，其余二次电子为本底或干扰峰， [N(E)－ E｝谱存在强大的本底，需提高信背比。 3．化学位移与伴峰 ◆ 化学位移 原子“化学环境”指原子的价态或在形成化合物时，与该(元素)原子相结合的其它(元素)原子的电负性等情况 原子“化学环境”变化，不仅可能引起俄歇峰的位移(称化学位移)，也可能引起其强度的变化，这两种变化的交叠，则将引起俄歇峰(图)形状的改变.---化学环境不同，俄歇电子逸出过程不同。 利用元素俄歇电子的化学位移，即特征能量的变化可探知元素的化学构成及相关化学信息。但目前掌握各元素的化学位移特征值不全，且较复杂，尚不成熟。 化学位移示例 ◆ 伴峰 由于俄歇电子逸出固体表面时，有可能产生不连续的能量损失，从而造成在主峰的低能端产生伴峰的现象。 如：入射电子引起样品内壳层电子电离而产生伴峰(称为电离损失峰)；又如：入射电子激发样品(表面)中结合较弱的价电子产生类似等离子体振荡的作用而损失能量，形成伴峰(称等离子体伴峰)等。 二、俄歇电子能谱仪 主要组成部分：电子枪、能量分析器、二次电子探测器、（样品）分析室、溅射离子枪和信号处理与记录系统等。 样品和电子枪装置需置于10-7~10-8Pa的超高真空分析室中。 ◆ 俄歇电子能谱仪发展 初期的俄歇谱仪只能做定点的成分分析。 70年代中，把细聚焦扫描入射电子束与俄歇能谱仪结合构成扫描俄歇微探针(SAM)，可实现样品成分的点、线、面分析和深度剖面分析。 由于配备有二次电子和吸收电子检测器及能谱探头，使这种仪器兼有扫描电镜和电子探针的功能。 三、俄歇电子能谱分析 1．定性分析 任务：根据实测的直接谱(俄歇峰)或微分谱上的负峰的位置识别元素。 方法：与俄歇电子标准谱进行对比。 注意：由于电子轨道之间可实现不同的俄歇跃迁过程，所以每种元素都有丰富的俄歇谱，由此可能出现不同元素间俄歇峰的干扰。 对于原子序数为3~14的元素，最显著的俄歇峰是由KLL跃迁形成的；对于原子序数14~40的元素，最显著的俄歇峰则是由LMM跃迁形成的。 　 ◆ 定性分析的一般步骤： (1)获取分析试样的微分谱dN(E)/dE。 (2)找出最强峰，根据其能量，利用“主要俄歇电子能量图”，确定实测谱中最强峰可能对应的几种(一般为2、3种)元素； (3)实测谱与可能的几种元素的标淮谱对照，确定最强峰对应元素的所有峰； (4)剔除主峰元素的俄歇峰，找出余下俄歇峰的主峰，反复重复上述步骤，识别实测谱中尚未标识的其余峰。 注意：化学环境对俄歇谱的影响造成定性分析的困难(但又为研究样品表面状况提供了有益的信息)，应注意识别。 2．定量分析 基本上是半定量的水平(常规情况下，相对精度仅为30%左右) 常用的定量分析方法