材料分析测试 第十二章 电子能谱分析法.ppt

第十二章 电子能谱分析法 第一节 俄歇电子能谱法 第二节 X射线光电子能谱法 第三节 紫外光电子能谱法 第一节 俄歇电子能谱法 Auger Electron Spectroscopy（AES） 一、俄歇电子能谱的基本原理 二、俄歇电子能谱仪 三、样品制备 四、俄歇电子能谱分析 五、俄歇电子能谱的应用 AES：用具有一定能量的电子束(或X射线)激发样品俄歇效应，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信息的方法。 X-ray AES X射线引发俄歇能谱（XAES） Electron AES 电子引发俄歇能谱（EAES或AES） 2. 俄歇电子的标识与俄歇电子的能量 （复习） 俄歇电子WXY（如KL2L3）顺序表示俄歇过程初态空位所在能级、向空位作无辐射跃迁电子原在能级及所发射电子原在能级的能级符号。 俄歇电子的能量 3．俄歇电子产额 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，退激发过程中荧光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 为什么说俄歇电子能谱分析是一种表面分析方法，且空间分辨率高？ 大多数元素在50~1000eV能量范围内都有产额较高的俄歇电子，它们的有效激发体积（空间分辨率）取决于入射电子束的束斑直径和俄歇电子的发射深度。能够保持特征能量（没有能量损失）而逸出表面的俄歇电子，发射深度仅限于表面以下大约2nm以内，约相当于表面几个原子层，且发射（逸出）深度与俄歇电子的能量以及样品材料有关。在这样浅的表层内逸出俄歇电子时，入射电子束的侧向扩展几乎尚未开始，故其空间分辨率直接由入射电子束的直径决定。 4．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]。 微分谱：由直接谱微分而来，是dN(E)/dE对E的分布[dN(E)/dE－E]。 4．化学位移与伴峰 化学位移：因原子“化学环境”变化，引起俄歇峰位移的现象。 原子“化学环境”变化也可能引起强度的变化。 原子“化学环境”：原子的价态或在形成化合物时，与该原子相结合的其它原子的电负性等情况。 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： 电离损失峰：入射电子引起样品内壳层电子电离而产生伴峰。 等离子体伴峰：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。 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。 俄歇电子能谱仪的发展 初期的俄歇谱仪只能做定点的成分分析。 20世纪70年代中期，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显微分析方法（扫描俄歇微探针）(Scanning Auger Microscopy，SAM)，可实现样品成分的点、线、面分析和深度剖面分析。 配备二次电子、吸收电子检测器与能谱探头，使这种仪器兼有扫描电镜和电子探针的功能。 三、样品制备 1.块样、薄膜样品 大小：长、宽10mm，高5mm 在样品固定方便的前提下，样品面积应尽可能小，以便在样品台上多固定样品，减少抽真空的时间。 2. 粉末样品 （1）用导电胶带直接把粉体固定在样品台上：方便、用量少，预抽到高真空的时间较短，但胶带的成分可能会干扰样品的分析，荷电效应也影响到俄歇电子能谱的采集。 （2）把粉体压成薄片，固定在样品台上：可以在真空中对样品进行加热、表面反应等处理，信号强度高，但样品用量大，抽到超高真空的时间太长，对于绝缘样品，荷电效应严重。 （3）把粉体颗粒直接压到钢或锡的表面。 注意事项： 1.含有挥发性物质的样品 样品进入真空系统前必须清除掉挥发性物质。如加热或用溶剂清洗等。 2. 表面有污染的样品 清洗，打磨等 3. 带有微弱磁性的样品 不能分析强磁性样品 微弱磁性样品要退磁 4.样品荷电问题 半导体、绝缘体样品，在电子束作用下，其表面会产生一定的负电荷积累，此即荷电效应。 分析点附近镀金，带小窗口的Al、Sn、Cu等箔包覆样品等。 5.离子束溅射技术 样品表面溅射剥离，深度剖析用 四、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：与标准谱进行对比。 俄歇电子的选择： Z≤14：KLL俄歇电子 14Z42：LMM俄歇电子 Z42：MNN和MNO俄歇电子 定性