9表面分析技术.pptx

9 表面分析技术;9.1 俄歇电子能谱分析 ;俄歇电子的产生和俄歇电子跃迁过程 一定能量的电子束轰击固体样品表面，将样品内原子的内层电子击出，使原子处于高能的激发态。外层电子跃迁到内层的电子空位，同时以两种方式释放能量：发射特征X射线；或引起另一外层电子电离，使其以特征能量射出固体样品表面，此即俄歇电子。; 俄歇电子跃迁过程 俄歇电子跃迁过程能级图 俄歇跃迁的方式不同，产生的俄歇电子能量不同。上图所示俄歇跃迁所产生的俄歇电子可被标记为WXY跃迁。如 KLL跃迁：K层电子被激发后，可产生KL1L1，KL1L2，KL2L3，…等K系俄歇电子。; 俄歇电子的激发方式虽然有多种（如X射线、电子束等），但通常主要采用一次电子激发。因为电子便于产生高束流，容易聚焦和偏转。 分析依据：俄歇电子的能量具有特征值，其能量特征主要由原子的种类确定，只依赖于原子的能级结构和俄歇电子发射前它所处的能级位置, 和入射电子的能量无关。测试俄歇电子的能量，可以进行定性分析；根据俄歇电子信号的强度，可以确定元素含量，进行定量分析。 ;俄歇电子产额:;俄歇分析的选择;主要俄歇峰的能量用空心圆圈表示 实心圆圈代表每个元素的强峰;俄歇电子能谱仪;直接谱与微分谱;俄歇电子能谱的分析技术;俄歇电子能谱定性分析方法适用于除氢、氦以外的所有元素，且每个元素有多个俄歇峰，定性分析的准确性很高。 AES技术适用于对所有元素进行一次全分析，对未知样品的定性鉴定非常有效。 通常采用俄歇谱的微分谱的负峰来进行定性鉴定。 在判断元素是否存在时，应用其所有的次强峰进行佐证。 由于相近原子序数元素激发出的俄歇电子的动能有较大差异，因此相邻元素间的干扰作用很小。 ;2. 定量分析或半定量分析; 根据测得的俄歇电子信号的强度来确定产生俄歇电子的元素在样品表面的浓度。元素的浓度用原子分数C表示。C即样品表面区域单位体积内元素X的原子数占总原子数的分数（百分比）。定量分析方法有以下两种： (1) 标准样品法 纯元素标样法：在相同条件下测量样品中元素X和纯元素X标样的同一俄歇峰，俄歇电子??号强度分别为Ix和Ixstd，则： Cx ＝Ix / Ixstd 多元素标样法：用多元素标样（各元素浓度均已知）代替纯元素标样，标样的元素种类及含量与样品相近。设Cxstd为标样中元素X的原子分数，则： Cx ＝Cxstd Ix / Ixstd 因需提供大量标样，所以，实际分析中标准样品法应用不多。;(2) 相对灵敏度因子法 该法是将各元素产生的俄歇电子信号均换算成纯Ag当量来进行比较计算。具体过程：在相同条件下测量纯元素X和纯Ag的主要俄歇峰强度Ix和IAg，比值Sx＝Ix / IAg即为元素X的相对灵敏度因子，表示元素X产生俄歇电子信号与纯Ag产生的相当程度。这样，元素X的原子分数为： 式中，为Ii样品中元素i的俄歇峰强度，Si为元素i的相对灵敏度因子，可从相关手册中查出。 因此，只要测出样品中各元素的俄歇电子信号强度，查出相应元素的Si ，即可计算各元素的浓度，而不需要任何标样。故相对灵敏度因子法最常用。 ;例1 成分深度分析;例2 微区分析 ;在正常样品区，表面主要有Si, N以及C和O元素存在。 而在损伤点，表面的C,O含量很高，而Si, N元素的含量却比较低。 说明在损伤区发生了Si3N4薄膜的分解 ;俄歇电子能谱分析的特点;9.2 X射线光电子能谱X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS);光电效应：样品原子内的电子吸收入射光子，若入射光子的能量大于原子中电子的结合能与样品的功函数之和，则吸收了光子的电子将离开样品表面进入真空，且具有一定的动能，此即光电效应。如图 ;不同元素的原子，其电子结合能Eb不同，电子结合能是特征性的。因此，我们可以根据电子的结合能对物质的元素种类进行定性分析。 经X射线照射后，从样品表面某原子出射的光电子的强度是与样品中该原子的浓度有线性关系，因此，可以利用它进行元素的半定量分析。 ;测量电子动能Ek，就得到对应每种原子的一系列谱峰强度~Eb的光电子能谱（由能谱中谱峰的位置和高度进行定性定量分析）。下图括号中A表示俄歇线。;XPS图谱解释 ;谱线识别 如图以Mg 为激发源得到 的Ag片的XPS 谱图。图中有 Ag3d3/2和Ag 3d5/2光电子两 个强特征峰。 用于鉴别银。 ;光电子峰和俄歇峰 谱图中光电子峰是最主要的，光电子峰强度最大、峰宽最小、对称性最好。每一种元素均有自