俄歇电子能谱.ppt

第4章 俄歇电子能谱 4. 深度剖面分析 采用Ar离子束进行样品表面剥离的深度分析方法。一般采用能量为500eV到5keV的离子束作为溅射源。 该方法是一种破坏性分析方法，会引起表面晶格的损伤，择优溅射和表面原子混合等现象。但当其剥离速度很快和剥离时间较短时，以上效应就不太明显，一般可以不用考虑。 4 表面元素的化学价态分析 AES的状态分析是利用俄歇峰的化学位移，谱线变化（峰的出现或消失），谱线宽度和特征强度变化等信息。根据这些变化来推测原子的化学结合状态。 虽然俄歇电子的动能主要由元素的种类和跃迁轨道决定，但由于原子内部外层电子的屏蔽作用，芯能级轨道和次外层能级轨道上的电子的结合能在不同的化学环境中有微小的差别，导致俄歇电子能量的变化，称为化学位移。 根据化学位移可以分析元素在该物种中的化学价态和存在形式。 5 界面分析 利用样品冲断装置，在超高真空中使样品沿晶界断裂，得到新鲜的清洁断口，然后以尽量短的时间间隔，对该断口进行俄歇分析。对于室温下不易沿界面断裂的试样，可以采用充氢或液氮冷却等措施。 初级探针系统 电子光学系统的作用是为能谱分析提供电子源，采用3种电子束源，包括钨丝、六硼化铼灯丝以及场发射电子枪。 主要指标是入射电子束能量，束流强度与束直径。 1）电子能量。要产生俄歇电子首先要使内壳层的电子 电离,初级电子束具有一定的能量。初级电子束的能量，一般取初始电离能的3~4倍，应按俄歇电子能量不同而变化。 2）电子束流。探测灵敏度取决于束流强度。 3) 束斑直径。空间分辨率基本上取决于入射电子束的最小束斑直径。 这两个指标通常有些矛盾，因为束径变小将使束流显著下降，因此一般需要折中。电子束流不能过大。束流过大会对样品表面造成伤害。另外电子束流大，束斑直径也大。 六硼化铼灯丝具有电子束束流密度高、单色性好以及高温耐氧化等特性。 入射电子束源 △ 束斑大小影响微区分析及扫描 AES的 横向分辨 △ 束流大小影响信噪比 利用场发射阴极作为电子束源： 小束斑：几千-几百? 高亮度 不用磁聚焦系统，结构简单 通常工作条件： 入射电子能量：1-5 keV 一次束流Ip ： 10-8 A 入射角范围：20°- 45° 能量分析器及信号检测系统 同轴电子枪的筒镜能量分析器（CMA） 单独电子枪的半球型能量分析器两种类型 AES的能量分析系统一般采用筒镜分析器（CMA）。 两个同心的圆筒。样品和内筒同时接地，在外筒上施加一个负的偏转电压，内筒上开有圆环状的电子入口和出口。 激发电子枪放在镜筒分析器的内腔中，也可以放在镜筒分析器外。 俄歇电子从入口位置进入两圆筒夹层，因外筒加有偏转电压，最后使电子从出口进入检测器。若连续地改变外筒上的偏转电压，就可在检测器上依次接收到具有不同能量的俄歇电子。 从能量分析器输出的电子经电子倍增器、前置放大器后进入脉冲计数器，最后由X-Y记录仪或荧光屏显示俄歇谱—俄歇电子数目N随电子能量E的分布曲线。 微分法 〇 灵敏度 绝对灵敏度:最小可检测量 (以克表示) 相对灵敏度：最低检测浓度－－ 从多组分样品中检测出某种元素的比例 (用百分浓度或ppm、ppb表示) 影响检测的灵敏度主要因素：仪器传输率T和信噪比 俄歇电子能谱的特点： 思考题 俄歇能谱产生的原理 俄歇电子能谱的定性和定量分析依据 俄歇电子能谱的应用 应用例举 1. 微区分析（电子束径：30nm） 选点分析，线扫描分析，面分布分析 线扫描（1-6000微米）主要是研究表面扩散的有效手段 2 表面清洁度分析 说明：C杂质是表面污染形成的，而O存在于 制备过程，不仅仅是表面污染 3. 面元素分布分析（扫描俄歇象SAM） 一般采用500eV~5KeV的离子束作为溅射源。溅射产额与离子束的能量、种类、入射方向、被溅射固体材料的性质以及元素种类有关。 通过俄歇电子能谱的深度剖析，可以获得多层膜的厚度。这种方法尤其适用于很薄的膜以及多层膜的厚度测定。 TiO2薄膜层的溅射时间是6min,离子枪的溅射速率为30nm/min，所以薄膜的厚度约为180nm。 薄膜材料的制备和使用过程中，不可避免会产生薄膜间的界面扩散反应。有些情况希望有较强的化学结合力，有的时候希望避免界面扩散反应。通过俄歇电子的深度剖析，可以对截面上各元素的俄歇线形研究，获得界面产物的化学信息，鉴定界面反应产物。 图为CrSi3薄膜不同深度的Cr LMM俄歇线形谱。Cr的存在形式