俄歇电子能谱剖析原理.ppt

电子能谱学第7讲俄歇电子能谱原理 朱永法 清华大学化学系 2005.11.7 俄歇电子能谱 俄歇电子能谱的原理 俄歇电子能谱仪 俄歇电子能谱的实验方法 俄歇电子能谱的应用 俄歇电子能谱原理 俄歇电子的发现 俄歇电子能谱的发展 俄歇电子能谱的重要性 俄歇电子能谱的应用领域 俄歇电子能谱的建立 1925年Pierre Auger就在Wilson云室中发现了俄歇电子，并进行了理论解释； 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)并探讨了俄歇效应应用于表面分析的可能性 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 1969年Palmberg等人引入了筒镜能量分析器（Cylindrical Mirror Analyser,CMA），使得俄歇电子能谱的信背比获得了很大的改善 最近10年，俄歇电子能谱适应纳米材料的特点，6nm空间分辨率； 俄歇电子能谱的特点 俄歇电子能谱可以分析除氢氦以外的所有元素 ，是有效的定性分析工具； 俄歇电子能谱具有非常灵敏的表面性，是最常用的表面分析手段，检测深度在0.5-2nm；检测极限约为10-3原子单层。 采用电子束作为激发源，具有很高的空间分辨率，最小可达到6nm。 可进行微区分析和深度分析，具有三维分析的特点。 要求是导体或半导体材料； 俄歇电子能谱的发展趋势 场发射，高空间分辨率，6nm； 更好的深度分辨能力，样品旋转技术，提高深度分辨能力； 图像谱仪功能，可以获得元素图像分布和化学态图像分布信息； 高速分析和自动分析； 俄歇电子能谱的重要性 表面分析的主要手段； 薄膜材料表面与界面分析需要； 纳米材料发展的需要； 具有微区，深度和图像分析的能力； 适合微电子器件的研究； 俄歇电子能谱的主要应用 适合于纳米薄膜材料的分析 在金属，半导体，电子材料，机械，陶瓷材料，薄膜材料，薄膜催化材料等方面有重要的作用 ； 适合于微区分析； 俄歇电子能谱提供的信息 表面元素的定性鉴定； 表面元素的半定量分析； 表面成份的微区分析； 元素的深度分布分析； 元素的二维分布分析； 元素的化学价态分析； 俄歇电子能谱的原理 俄歇电子的产生 俄歇电子能谱的原理比较复杂，涉及到三个原子轨道上二个电子的跃迁过程。 当具有足够能量的粒子（光子、电子或离子）与一个原子碰撞时，原子内层轨道上的电子被激发出后，在原子的内层轨道上产生一个空穴，形成了激发态正离子。 激发态正离子是不稳定的，必须通过退激发而回到稳定态。在退激发过程中，外层轨道的电子可以向该空穴跃迁并释放出能量，并激发同一轨道层或更外层轨道的电子使之电离而逃离样品表面，这种出射电子就是俄歇电子。 俄歇电子的产生 俄歇电子能量分布 在电子与固体相互作用过程中，会产生大量的二次电子，均包含有相关信息； 弹性散射电子，俄歇电子，能量损失电子，二次电子等； 能量损失又可分为特征损失和非特征损失； 俄歇电子的信号很弱； 各种峰的归属 弹性散射峰，能量保持不变，入射电子能量； 低动能宽峰，入射电子激发的二次电子在逃逸到表面过程中所产生的非弹性碰撞的损失峰； 在该两峰之间的小峰，其位置与入射能量无关，是俄歇电子峰。此外，还存在特征能量损失峰，随入射能量而变化； 俄歇跃迁过程定义及标记 俄歇跃迁过程有一个严格的定义， 它仅指跃迁电子的轨道与填充电子以及孔穴所处的轨道的不同能级之间产生的非辐射跃迁过程。 当填充电子或跃迁电子与激发态孔穴所在轨道能级相同时，该跃迁过程被定义为柯斯特-可罗尼格（Coster - Kroning）跃迁。 当激发孔穴、填充电子以及跃迁电子的轨道能级都相同时，该种跃迁就定义为超级柯斯特-可罗尼格（Super Coster - Kroning）跃迁。 俄歇跃迁过程定义及标记 俄歇跃迁所产生的俄歇电子可以用它跃迁过程中涉及的三个原子轨道能级的符号来标记； 如图1和2所示的俄歇跃迁所产生的俄歇电子可被标记为WXY跃迁。 其中激发孔穴所在的轨道能级标记在首位，中间为填充电子的轨道能级，最后是激发俄歇电子的轨道能级。 如 C KLL跃迁，表明在碳原子的K轨道能级 (1s)上激发产生一个孔穴，然后外层的L轨道能级（2s）的电子填充K轨道能级上的孔穴，同时外层L轨道能级（2p）上的另一电子激发发射。 俄歇电子动能 俄歇电子能谱主要是依靠俄歇电子的能量来识别元素的，因此准确了解俄歇电子的能量对俄歇电子能谱的解析是非常重要的。 通常有关元素的俄歇电子能量可以从俄歇手册上直接查得，不需要进行理论计算。 但为了更好地理解俄歇电子能量的物理概念以及理解俄歇化学效应的产生，下面简单介绍俄歇电子动能的半经验计算方法。