第4章成分和价键案例.ppt

Si LVV俄歇谱的动能与Si原子所处的化 学环境有关。 SiO2中， Si LVV俄歇动能72.5 eV, 单质 硅中，Si LVV俄歇动能88.5 eV。 可以根据硅元素这化学位移效应研究 SiO2/Si的界面化学状态。 随着界面的深入，SiO2量不断减少，单 质硅的量则不断地增加。 例：在SiO2/Si界面不同深度处的Si LVV俄歇谱 （五）微区分析 1、选点分析 （1）通过计算机控制电子束的扫描，通过吸收电子像或二次电子像图上锁定待分析点。 （2）在大范围内选点分析，一般采取移动样品，使待分析区和电子束重叠。选点范围取决于样品架的可移动程度。 （3）可以同时对多点进行表面定性分析，表 面成分分析，化学价态分析和深度分析。 例： Si3N4薄膜经850℃快速退火处理后表面不同点的俄歇定性分析图。 2、线扫描分析 （1）一些元素沿某一方向的分布情况，线扫描分析可以在微观和宏观的范围内进行（1～6000微米）。 （2）常应用于表面扩散研究，界面分析研究等方面。 例：Au-Ag合金超薄膜在Si(111)面单晶硅上的电迁移后的样品面的Ag和Au元素的线扫描分布图。 3、元素面分布分析（俄歇电子能谱的元素分布的图像分析） （1）可以把某个元素在某一区域内的分布以图像的方式表示出来。 （2）结合俄歇化学位移分析，还可以获得特定化学价态元素的化学分布像。适合于微型材料和技术的研究，也适合表面扩散等领域的研究。 （3）在常规分析中，该分析方法耗时非常长，一般很少使用。把面扫描与俄歇化学效应相结合，还可以获得元素的化学价态分布图。 例：某合金二次电子及AES面分布 a-二次电子像 b-Fe元素的AES面分布 c-Cr元素的AES面分布 d-Si元素的AES面分布 AES + SEM = SAM 四、俄歇电子能谱的应用 适合于纳米薄膜材料的分析 研究表面的物理化学性质的变化，如表面吸附、脱附以及表面化学反应。 适合于微区分析； 1、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； （一）表面吸附和化学反应的研究 例：在多晶锌表面初始氧化过程中O KLL俄歇谱图 1L暴氧量吸附后，在O KLL出现动能508.6ev峰。归属Zn表面化学吸附态氧，其从Zn原子获得电荷要比ZnO中氧少，俄歇动能低于ZnO中氧。 暴氧量增加到30L时，在O KLL谱上出现了高动能的伴峰．通过曲线解叠可以获得俄歇动能为508.6ev和512.0ev的两个峰。后者是由表面氧化反应形成的ZnO物种中的氧所产生。 3000L暴氧后，在多晶锌表面仍有两种氧物种存在。 （二）薄膜的界面扩散反应研究 例：镍-铬合金钢断口晶界表面的俄歇电子能谱图 脆化(回火脆)断口晶界上有微量元素锑的偏聚 锆钛酸铅压电陶瓷(PZT） （三）薄膜制备的研究 1、俄歇电子能谱也是薄膜制备质量控制的重要分析手段。 例：不同方法制备的Si3N4薄膜层的Si LVV线形分析。 所有方法制备Si3N4薄膜层中均有两种化学状态的Si存在(单质硅和Si3N4)。 其中，LPCVD法制备的Si3N4薄膜质量最好，单质硅的含量较低。而PECVD法制备Si3N4薄膜的质量最差，其单质硅的含量几乎与Si3N4物种相近。 2、局限性： 对元素H和He不灵敏； 定量分析准确度不高，用元素灵敏度因子方法为± 30%； 电子轰击损伤和电荷积累问题限制有机材料、生物样品和某些陶瓷材料的应用; 电子束充电会限制对高绝缘材料的分析。 2、激发电压 在俄歇电子激发过程中，一般采用较高能量的电子束作为激发源。在常规分析时，电子束加速电压一般采用3keV。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损伤或降低样品的荷电效应，也可以采取更低的激发能。 有些元素，由于特征俄歇电子能量较高，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。 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。 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 。 俄歇跃迁几率及荧光几率与原子序数的关系 3、发生俄歇跃迁 （1）荧光过程的几率为Px，发生俄歇过程的几率为Pa，则 （2）E.H.S. Burhop给出Px半经验公式 （3）根据上式得的Px、Pa随Z的变化关系 (俄歇跃迁几率与X射线荧光几率) (4)俄歇电子产额与原子序数的