第十章电子能谱分析法PPT课件

俄歇电子 能量图
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
定性分析的一般步骤：
(1)利用“主要俄歇电子能量图”，确定实测谱中 最强峰可能对应的几种(一般为2、3种)元素；
(2)实测谱与可能的几种元素的标淮谱对照，确定 最强峰对应元素的所有峰；
(3)反复重复上述步骤识别实测谱中尚未标识的其 余峰。
又如：不仅引起价电子的变化(导致俄歇峰位移)，还 造成新的化学键(或带结构)形成以致电子重新排布的 化学环境改变，将导致谱图形状的改变(称为价电子 谱)等。
化学位移示例
Mo(110)面俄歇能谱
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。
④可进行成分的深度剖析或薄膜及界面分析。
俄歇电子能谱在材料科学研究中的应用
①材料表面偏析、表面杂质分布、晶界元素分析； ②金属、半导体、复合材料等界面研究； ③薄膜、多层膜生长机理的研究； ④表面的力学性质(如摩擦、磨损、粘着、断裂等)
注意：化学环境对俄歇谱的影响造成定性分析的 困难(但又为研究样品表面状况提供了有益的信 息)，应注意识别。
2．定量分析
基本上是半定量的水平(常规情况下，相对精度仅 为30%左右)
常用的定量分析方法是相对灵敏度因子法。该法 准确性较低，但不需标样，因而应用较广。
四、俄歇电子能谱法的应用
优点：
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。俄 歇电子的能量和入射电子的能量无关，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。
1．俄歇电子产额
俄歇电子产额或俄歇跃迁几率决定俄歇谱峰强度，直接 关系到元素的定量分析。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
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。
本章主要介绍 俄歇电子能谱法(AES) X射线光电子能谱法(XPS) 紫外光电子能谱法(UPS)
§13.1 俄歇电子能谱法
俄歇电子能谱法是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的信息的方法。
一、基本原理
前面已描述了原子中的电子跃迁及其俄歇电子的 发射过程。
第三篇 光谱、能谱分析
第十三章 电子能谱分析法
◆ 俄歇电子能谱 ◆ 光电子能谱 ◆ 紫外光电子能谱
什么是电子能谱分析法？
电子能谱分析法是采用单色光源（如X射线、紫 外光）或电子束去照射样品，使样品中电子受到 激发而发射出来，然后测量这些电子的产额（强 度）对其能量的分布，从中获得有关信息的一类 分析方法。
三、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。
注意：由于电子轨道之间可实现不同的俄歇跃迁 过程，所以每种元素都有丰富的俄歇谱，由此导 致不同元素俄歇峰的干扰。
对于原子序数为3~14的元素，最显著的俄歇峰是 由KLL跃迁形成的；对于原子序数14~40的元素， 最显著的俄歇峰则是由LMM跃迁形成的。
如：入射电子引起样品内壳层电子电离而产生伴 峰(称为电离损失峰)；又如：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(称等离子体伴峰) 等。
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。
俄歇谱仪示意图
俄
俄歇电子能谱仪发展
初期的俄歇谱仪只能做定点的成分分析。 70年代中，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微探针(SAM)，可实现样品 成分的点、线、面分析和深度剖面分析。 由于配备有二次电子和吸收电子检测器及能谱探 头，使这种仪器兼有扫描电镜和电子探针的功能。
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。
2．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]。
K =1－K
俄歇电子产额与原子序数的关系
由图可知，对于K层空穴Z<19，发射俄歇电子的几率在90 ％以上；随Z的增加，X射线荧光产额增加，而俄歇电子产额 下降。Z<33时，俄歇发射占优势。
俄歇分析的选择
通常 对于Z≤14的元素，采用KLL俄歇电子分析； 14<Z<42的元素，采用LMM俄歇电子较合适； Z>42时，以采用MNN和MNO俄歇电子为佳。
①作为固体表面分析法，其信息深度取决于俄歇 电子逸出深度(电子平均自由程)。对于能量为 50eV~2keV范围内的俄歇电子，逸出深度为 0.4~2nm。深度分辨率约为1nm，横向分辨率取决 于入射ห้องสมุดไป่ตู้斑大小。
②可分析除H、He以外的各种元素。 ③对于轻元素C、O、N、S、P等有较高的分析灵
敏度。
3．化学位移与伴峰
原子“化学环境”变化，不仅可能引起俄歇峰的位 移(称化学位移)，也可能引起其强度的变化，这两种 变化的交叠，则将引起俄歇峰(图)形状的改变。
原子“化学环境”指原子的价态或在形成化合物时， 与该(元素)原子相结合的其它(元素)原子的电负性等 情况
如：原子发生电荷转移(如价态变化)引起内层能级变 化，从而改变俄歇跃迁能量，导致俄歇峰位移；