俄歇电子能谱仪(AES)

二、AES的结构
三、AES应用举例
1.AES的定性分析——元素组成 1.AES的定性分析——元素组成 的定性分析—— ★ 特定的元素具有特定的俄歇跃迁过程，其俄歇 电子的能量是特征的。 ★ 特定元素在俄歇电子能谱上的多组俄歇峰的峰 位、峰数、各峰相对强度大小由特定元素原子结构 确定。 因此可以通过AES实测的直接谱或微分谱与 “俄歇电子能量图”及“俄歇电子标准谱”进行对 比，从而识别元素。
从图可以看出：峰位 (能量)、峰数、各峰相对强度大小，由特定元 素原子结构确定，可作为判定元素的依据，这些数据均有手册可查。
5.直接谱与微分谱 5.直接谱与微分谱 • 直接谱 直接谱：俄歇电子强度[密度(电子数)]N(E)对其能量E 的分布。 • 微分谱 微分谱：由直接谱微分而来，是dN(E)/dE对E的分布。
由图可知，随着原子序数Z的增加，X射线荧光产额增加， 而俄歇电子的产额下降。Z<33时，俄歇发射占优势。
2.俄歇过程的命名 2.俄歇过程的命名
每一俄歇电子的发射都涉及3个电子能级，故常以三壳层 符号并列表示俄歇跃迁和俄歇电子。若W表示最初空穴能级， X表示填充空穴的 电子能级，Y表示俄歇电子发射能级，则该 过程称为WXY俄歇跃迁。
俄歇电子能量图： 俄歇电子能量图： 图中右侧自下而上为 元素符号 横轴为俄歇电子能量 ○和●表示每种元素 所产生的俄歇电子能量的 相对强度，●表示相对强 度高
4.俄歇电子的能谱 4.俄歇电子的能谱
电子束与样品作用后产生的粒子和波如下图: 电子束与样品作用后产生的粒子和波如下图: e枪 e枪 X-Ray (EPMA) 阴极荧光 俄歇e(AES) 背散射e 二次e 样 V A 品 A SEM
硬盘表面的微小的污 染颗粒都会影响硬盘 的质量。某次硬盘质 量检测中，表面SEM 像清晰地显示出表面 的污染颗粒物，大小 约为1微米。
含污染物硬盘的表面SEM像 像 含污染物硬盘的表面
分别定位污染颗粒物和硬盘表面,收集俄歇电子能谱
AES谱对比分析 谱对比分析
2.AES的半定量分析——元素摩尔百分比含量 2.AES的半定量分析——元素摩尔百分比含量 的半定量分析—— 从样品表面出射的俄歇电子的强度与样品中该 原子的浓度有线性关系，可以利用这一特征进行元素 的半定量分析。但由于俄歇电子的强度不仅与原子的 多少有关，还与俄歇电子的逃逸深度、样品的表面光 洁度，元素存在的化学状态以及仪器的状态有关。因 此，AES技术一般不能给出所分析元素的绝对含量， 仅能提供元素的相对含量。 3.AES的微区分析——表面的元素分布 3.AES的微区分析——表面的元素分布 的微区分析—— 微区分析是俄歇电子能谱分析的重要功能，可 以分为选点分析，线扫描分析和面扫描分析三种。
Si 80 SiO2 界面层
60 O
O
40 Si 20 PZT O 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 溅射时间 / min 3.5 4
若已知离子枪的溅射速率， 还可以粗测出各层的厚度。
三、AES的特点和应用
1.AES的特点 1.AES的特点 • 优点：
(1)空间分辨率高，可以同时显示表面形貌像和元素分布像； (2)配合离子枪，在深度剖析时具有良好的深度分辨率； (3)可测范围广，可分析除H、He以外的各种元素； (4)对于轻元素C、O、N、S、P等有较高的分析灵敏度； (5)技术应用广泛，有大量分析数据可供参考。
衍射e 2θ 透射e
（TEM）
①高能区处出现一个很尖 的峰,此为入射e与原子弹 性碰撞后产生的散射峰， 能量保持不变。 ②在低能区出现一个较高 的宽峰，此为入射e与原子 非弹性碰撞所产生的二次e， 这些二次e又链式诱发出更 多的二次级电子。 ③二峰之间的一个广阔区 域 （ 50eV ～ 2000eV ） 电 子 数目少,产生的峰为俄歇电 子峰。
• 缺点：
(1)定量分析的准确度不高； (2)电子束轰击损伤和电荷积累问题限制其在有机材料、生 物样品和某些陶瓷材料中的应用； (3)对样品要求高，表面必须清洁、光滑等； (4)不能分析H、He。
2.AES的应用 2.AES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)研究； ⑤表面化学过程(如腐蚀、钝化、催化、氧化等)研究； ⑥集成电路掺杂的三维微区分析； ⑦固体表面吸附、清洁度、沾染物鉴定等。
4.AES的深度剖析——元素的深度分布 4.AES的深度剖析——元素的深度分布 的深度剖析—— 先用Ar离子把表面一定厚度的表面层溅射掉， 然后再用AES分析剥离后的表面元素含量，这样就可 以获得元素在样品中沿深度方向的分布。
100
原子摩尔百分数浓度
右图是PZT/Si薄膜界面反应后的 典型的俄歇深度分析图。横坐标 为溅射时间，与溅射深度有对应 关系。纵坐标为元素的原子百分 比。从图上可以清晰地看到各元 素在薄膜中的分布情况。
②二次电子
①弹性散射峰
③俄歇电子峰
将俄歇峰能量段选出并进行微分记录，得到俄歇能谱下： 将俄歇峰能量段选出并进行微分记录，得到俄歇能谱下：
由于激发源的能量远 高于原子内层轨道的 能量，一束电子束可 以激发出多个内层轨 道电子，另外退激发 过程中也涉及两个次 外层轨道的电子跃迁 过程，因此多种俄歇 跃迁过程可以同时出 现，在俄歇电子能谱 图上产生多组俄歇峰。
KL1L1 L1M1M1 L2, 3VV
3.俄歇电子的能量 3.俄歇电子的能量
俄歇电子发射涉及三个电子能级WXY， 对于基态原子，俄歇电子能量为：
俄歇电子
EWXY (Z)=EW(Z)-EX(Z)-EY(Z)
事实上，原子发射俄歇电子时已处于激发态，此时需 要在公式中引入能级修正项。经验公式为： EWXY(Z)=EW(Z)-EX(Z)-EY(Z)-[EX(Z+1)-EX(Z)+EY(Z+1)-EY(Z)]/2 由于束缚能强烈依赖于原子序数，所以，用确定能量 的俄歇电子来鉴别元素是明确而不易混淆的。通过经验公式 及各元素不同能级的束缚能，可以绘制出俄歇电子能量图。
AES定性分析的一般过程： AES定性分析的一般过程： 定性分析的来自百度文库般过程
• 先获得扫描电子微显图像(SEM)，在SEM图像上确 定分析位置和分析方式。 • 将电子束聚焦到要分析的位置，采集样品上指定 局域点的俄歇信号。 • 对比 对比“主要俄歇电子能量图” ，找出实测谱中最 强峰可能对应的几种元素。 • 将实测谱与几种可能元素的标准谱对照，确定最 强峰对应元素，并标明属于此元素的所有峰。 • 反复重复上述步骤识别实测谱中尚未标识的峰。
俄歇电子能谱仪
（AES） AES）
一、基本原理
1.俄歇电子的产生 1.俄歇电子的产生
原子在载能粒子（电子、离子或中性粒子）或X射线的照 射下，内层电子可能获得足够的能量而电离，并留下空穴。当 外层电子跃入内层空位时，将有两种方式释放多余的能量：
发射X射线 发 射 俄 歇 电 子
俄歇电子与荧光X射线是两个互相关联和竞争的发射 过程。俄歇电子和X射线的发射机率（产额）互为稍 长，即PA+PX=1。