俄歇电子能谱仪
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俄歇电子能谱AES
的Auger电子从样品表面发射。从Auger电子可以得到
如下信息：
发射的Auger电子能量
确定元素种类
Auger电子数量
元素含量
＋电子束聚焦、偏转和扫描
元素面分布
＋离子束溅射刻蚀
元素深度分布
AES是一种重要的材料成分分析技术。其最大特点是： Δ 信息来自表面 （3 - 30Å） Δ 具有微区分析能力（横向与深度分辨率好） Δ 定量分析较好
二、基础知识
1 . 俄歇效应 (1925年， 法国人 P. Auger) 用某种方法使原子内层电子(如K层)电离出去，内
层出现空位。电离原子去激发可采用如下两种形式：
Δ 辐射跃迁:
一外层电子填充空位后，发射出特征X射线 (例L3上电子填充K能级上空位，发出X射线Kα1)
Δ 无辐射过程(即Auger过程)： 一外层电子填充空位，使 另一个电子脱离原子发
(5) 俄歇电流表达式 IA = ∫o∞Ip ni QW PWXY T e-z/λcosθ dz
当能量为Ep，束流为Ip的一次电子束垂直入射样 品 表面，假设能量分析器只接收出射方向为与表面法线 夹角从θ-Δθ/2到θ+Δθ/2(Δθ为一小量)的俄歇 电子(这样的电子处于Ω立体角内)
俄歇电子辐射方向各向同性，能量分析器所接收的 俄歇电子占各方向总数的Ω/4π,近似等于能量分析器 的传输率T。
同能级组合的俄歇跃迁， 因而可以有若干不同特 征能量的俄歇电子。 Δ可能出现的俄歇跃迁数随 原子序数增大(壳层数增 多)而迅速增加。 Δ 俄歇电子的能量大多在502000eV (不随入射电子能量改变) Δ主峰
通过实验和计算得到He以后所有元素的各组基本俄歇跃迁的特征能量。
3．俄歇电流 俄歇电流的大小，即俄歇峰所包含的电子数，
俄歇电子能谱
1896
1920
1987
2006
俄歇电子能谱（AES）
一、方法原理 二、仪器结构 三、数据分析与表征 CO N TA N T S
四、AES的应用
历史与现状
1925年，法国科学家俄歇在威尔逊云室中首次观察到了俄歇电子的轨
迹，并且他正确的解释了俄歇电子产生的过程，为了纪念他，就用他的
名字命名了这种物理现象。 1953年，兰德从二次电子能量分布曲线中第一次辨识出这种电子的电
2.激发源
样品原子的激发可以用不同的方式完成。作为常规分析 用的激发源都为具有一定能量的电子束，其原因是电子 束易实现聚焦和偏转，另外它不破坏真空度。 某些特殊场合也可使用光子束作为激发源。其优点是二 次电子背景可大大减少，辐射损伤小于电子束。 另外，离子轰击也可以激发俄歇电子。
（1）电子源
电子源目前有两种：热电子发射源和场发射电子源。 热电子发射源，是通过对发射体（阴极）加热，使垫子 获得足够能量以克服表面势垒（称功函数或逸出功）而 逸出，电子流密度与发射体的功函数和温度有关。 场发射电子源，其原理是发射体外施加一强电场，是发 射体的表面势垒降低，宽度变窄，从而电子得以逸出。
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。若连续的改变外筒上的偏 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。
不同能量的电子通过分析器后最大限度的被分离，以便 选出某种能量的电子（色散特性——获得高分辨率） 具有相同能量、不同发射角的电子尽可能会聚于一点（ 聚焦特性——获得高灵敏度） 上述两方面要求相互矛盾，应根据具体问题，做折中选 择。
1920
1987
2006
俄歇电子能谱（AES）
一、方法原理 二、仪器结构 三、数据分析与表征 CO N TA N T S
四、AES的应用
历史与现状
1925年，法国科学家俄歇在威尔逊云室中首次观察到了俄歇电子的轨
迹，并且他正确的解释了俄歇电子产生的过程，为了纪念他，就用他的
名字命名了这种物理现象。 1953年，兰德从二次电子能量分布曲线中第一次辨识出这种电子的电
2.激发源
样品原子的激发可以用不同的方式完成。作为常规分析 用的激发源都为具有一定能量的电子束，其原因是电子 束易实现聚焦和偏转，另外它不破坏真空度。 某些特殊场合也可使用光子束作为激发源。其优点是二 次电子背景可大大减少，辐射损伤小于电子束。 另外，离子轰击也可以激发俄歇电子。
（1）电子源
电子源目前有两种：热电子发射源和场发射电子源。 热电子发射源，是通过对发射体（阴极）加热，使垫子 获得足够能量以克服表面势垒（称功函数或逸出功）而 逸出，电子流密度与发射体的功函数和温度有关。 场发射电子源，其原理是发射体外施加一强电场，是发 射体的表面势垒降低，宽度变窄，从而电子得以逸出。
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。若连续的改变外筒上的偏 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。
不同能量的电子通过分析器后最大限度的被分离，以便 选出某种能量的电子（色散特性——获得高分辨率） 具有相同能量、不同发射角的电子尽可能会聚于一点（ 聚焦特性——获得高灵敏度） 上述两方面要求相互矛盾，应根据具体问题，做折中选 择。
俄歇电子能谱仪(AES)
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。
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。
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。
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。
俄歇电子能谱原理、仪器及应用
这是AES的心脏，其作用 是收集并分开不同的动能 的电子。 由于俄歇电子 能量极低，必须采用特殊 的装置才能达到仪器所需 的灵敏度。目前几乎所有 的俄歇谱仪都使用筒镜分 析器。
三：俄歇电子能谱法特点
X射线光电子能谱： 灵敏度不高，无法测定轻元素。 光电子能谱 紫外光电子能谱： 由于价电子的谱峰很宽，实验 上难以测定共振吸收峰位移。
（1）发射X光射线式传递给另一个电子（俄歇电子），并使之发射
一：俄歇电子能谱法原理
KLⅠLⅡ俄歇电子表示最 初逐出K能级电子，然 后由LⅠ能级上电子填 入K能级的空穴，多余 能量传给LⅡ能级上的 一个电子并使之发射出 来
一：俄歇电子能谱法原理
俄歇电子能谱：1、分析层薄
2、可分析元素范围广，可分析除氢和氦 以外的所有元素 3、能对元素的化学态进行分析 4、定量分析精度低
四：俄歇电子能谱法应用
俄歇电子能谱分析在机械工业中主要用于金属材料的氧化、 腐蚀、摩擦、磨损和润滑特性等的研究和合金元素及杂质元 素的扩散或偏析、表面处理工艺及复合材料的粘结性等问题 的研究。
用具有一定能量的电子束（或X射线）激发试样，以测量二次 电子中的那些与入射电子能量无关，而本身具有确定能量的俄 歇电子峰为基础的分析方法，俄歇电子峰的能量具有元素特征 性且俄歇电流近似地正比于被激发的原子数目，所以既可以用 于定性分析又可用于定量分析
二：俄歇电子能谱仪器
俄歇能谱仪包括电子光学系统、电子能量分析器、样品安放系统、 离子枪、超高真空系统。
俄歇电子能谱原理、仪器及 应用
17级应用化学马向东
目录：
一：俄歇电子能谱法原理 二：俄歇电子能谱仪器 三：俄歇电子能谱法特点 四：俄歇电子能谱法应用
一：俄歇电子能谱法原理
电子显微分析8-俄歇谱仪
278.0
415 385 510
0
100
200
300
400
500
600
俄歇电子动能 / eV
金刚石表面的Ti薄膜的俄歇定性分析谱 Si 片上镍铬合金经热 处理后的深度分布 Ag-Au合金超薄膜在Si(111) 面单晶硅上的电迁移后的 样品表面的Ag和Au元素的 线扫描分布
Ag －Au/Si(111)
计数 / 任意单位
Ag
Au
0
0
200
300
400
500
600
700
距离 / m
a) 不锈钢表面缺陷腐蚀点的SEM像； b) Fe LMM 俄歇像 c) O KLL 俄歇像； d) C KLL 俄歇像
俄歇谱中的化学效应
俄歇电子能量的完整计算需要考虑周围原子电子能 级的变化，因为这些原子在其内层轨道存在空位时， 也要发生弛豫。这种二次效应产生俄歇谱精细结构和 谱线位移，可用来测试化学态。俄歇谱中的化学效应 有三种： (1) 化学位移 原子的价电子带状态变化引起原子能 级的位移 (2) 峰形状的变化 价电子带态密度变化引起与价电 子带有关的俄歇峰形状的变化 (3) 峰的低能侧的形状变化 由俄歇电子逸出表面 时能量损失机制变化引起
距断口表面距离（Å） 0 P (%) 4.72 P (原子数/厘米2) 2001012
5
12 25 46
2.03
0.68 0.27 0.02
82 1012
27 1012 11 1012 0.86 1012
175
0.02
0.86 1012
O KLL
计数 / 任意单位
C KLL
Ti KLL
1、电子光学系统 与SEM、 EPA的组成相同，与CMA共轴。 2、能量分析系统——双圆 筒反射镜分析器（CMA） 由两个同轴圆筒组成．筒中 装有共轴电子枪。内筒中装 有让电子进入分析器的入射 狭缝，内筒保持地电位，外 筒接-U偏转电压，使增加动 r2 能的电子偏转而通过内筒出 离子枪 口光阑到达电子探测器，产 生俄歇图谱。 试样
俄歇电子能谱仪的工作原理及特点
俄歇电子能谱仪的工作原理及特点俄歇电子能谱仪（Auger Electron Spectroscopy，AES），作为一种广泛使用的分析方法而显露头角。
这种方法的优点是：在靠近表面5—20埃范围内化学分析的灵敏度高；数据分析速度快；能探测周期表上He以后的全部元素。
虽然初俄歇电子能谱单纯作为一种讨论手段，但现在它已成为常规分析手段了。
它可以用于很多领域，如半导体技术、冶金、催化、矿物加工和晶体生长等方面。
俄歇效应虽然是在1925年时发觉的，但真正使俄歇能谱仪获得应用却是在1968年以后。
工作原理：当一个具有充足能量的入射电子使原子内层电离时，该空穴立刻就被另一电子通过L1→K跃迁所填充。
这个跃迁多余的能量EK—EL1如使L2能级上的电子产生跃迁，这个电子就从该原子发射出去称为俄歇电子。
这个俄歇电子的能量约等于EK—EL1—EL2、这种发射过程称为KL1L2跃迁。
另外仿佛的还会有KL1L1、LM1M2、MN1N1等等。
从上述过程可以看出，至少有两个能级和三个电子参加俄歇过程，所以氢原子和氦原子不能产生俄歇电子。
同样孤立的锂原子由于外层只有一个电子，也不能产生俄歇电子。
但是在固体中价电子是共用的，所以在各种含锂化合物中也可以看到从锂发生的俄歇电子。
产品特点：1、俄歇电子的能量是靶物质所特有的，与入射电子束的能量无关。
右图是一些重要的俄歇电子能量。
可见对于Z=3—14的元素，突出的俄歇效应是由KLL跃迁形成的，对Z=14—40的元素是LMM跃迁，对Z=40—79的元素是MNN跃迁。
大多数元素和一些化合物的俄歇电子能量可以从手册中查到。
2、俄歇电子只能从20埃以内的表层深度中逃逸出来，因而带有表层物质的信息，即对表面成份特别敏感。
正因如此，俄歇电子特别适用于作表面化学成份分析。
标签:能谱仪。
俄歇电子能谱
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
5
9
AES应用
AES具有五个有用的特征量：特征能量、强度、峰位移、谱线宽 和线型。 由AES的这五方面特征可获如下：表面特征化学组成、覆盖度键 中的电荷转移、电子态密度和表面键中的电子能级等。
采用俄歇电子能谱可得到的信号种类和知识
13
AES应用---表面元素的化学价态分析
表面元素化学价态分析是AES分析的一种重要功能。俄歇电子能谱的化学位
移分析在薄膜材料的研究上获得了重要的应用，取得了很好的效果。但是，由于我们很 难找到俄歇化学位移的标准数据，要判断其价态，必须用自制的标样进行对比，这是利 用俄歇电子能谱研究化学价态的不利之处。此外，俄歇电子能谱不仅有化学位移的变化， 还有线形的变化。俄歇电子能谱的线形分析也是进行元素化学价态分析的重要方法。
15
AES应用---微区分析
微区分析也是俄歇电子能谱分析的一个重要功能，可以分为选点分析， 线扫描分析和面扫描分析三个方面。这种功能是俄歇电子能谱在微电子 器件研究中最常用的方法，也是纳米材料研究的主要手段。 俄歇电子能谱的线扫描分析常应用于表面扩散研究，界面分析研究等方 面
Ag-Au合金超薄膜在Si(111)面单晶硅上的电迁移后的样品表面的Ag和Au元素的线扫描。横坐标为线扫描宽度，纵坐标为元素的信号强 度。从图上可见，虽然Ag和Au元素的分布结构大致相同，但可见Au已向左端进行了较大规模的扩散。这表明Ag和Au在电场作用下的 扩散过程是不一样的。
16
AES应用的优缺点
优点
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束斑大小。 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。 ④可进行成分的深度剖析或薄膜及界面分析。
溅射离子枪和信号处理与记录系统等
5
9
AES应用
AES具有五个有用的特征量：特征能量、强度、峰位移、谱线宽 和线型。 由AES的这五方面特征可获如下：表面特征化学组成、覆盖度键 中的电荷转移、电子态密度和表面键中的电子能级等。
采用俄歇电子能谱可得到的信号种类和知识
13
AES应用---表面元素的化学价态分析
表面元素化学价态分析是AES分析的一种重要功能。俄歇电子能谱的化学位
移分析在薄膜材料的研究上获得了重要的应用，取得了很好的效果。但是，由于我们很 难找到俄歇化学位移的标准数据，要判断其价态，必须用自制的标样进行对比，这是利 用俄歇电子能谱研究化学价态的不利之处。此外，俄歇电子能谱不仅有化学位移的变化， 还有线形的变化。俄歇电子能谱的线形分析也是进行元素化学价态分析的重要方法。
15
AES应用---微区分析
微区分析也是俄歇电子能谱分析的一个重要功能，可以分为选点分析， 线扫描分析和面扫描分析三个方面。这种功能是俄歇电子能谱在微电子 器件研究中最常用的方法，也是纳米材料研究的主要手段。 俄歇电子能谱的线扫描分析常应用于表面扩散研究，界面分析研究等方 面
Ag-Au合金超薄膜在Si(111)面单晶硅上的电迁移后的样品表面的Ag和Au元素的线扫描。横坐标为线扫描宽度，纵坐标为元素的信号强 度。从图上可见，虽然Ag和Au元素的分布结构大致相同，但可见Au已向左端进行了较大规模的扩散。这表明Ag和Au在电场作用下的 扩散过程是不一样的。
16
AES应用的优缺点
优点
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束斑大小。 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。 ④可进行成分的深度剖析或薄膜及界面分析。
PHI 700Xi 俄歇电子能谱仪
PHI 700Xi 扫描俄歇纳米探针简介：俄歇电子能谱仪（Auger Electron Spectrometer, AES）为微电子业常见的表面分析技术之一。
原理是利用一电子束为激发源，使表面原子之内层能阶的电子游离出，原电子位置则会产生电洞，导致能量不稳定，此时外层电子会填补产生之电洞，进而释放能量传递至外层能阶电子，造成接受能量的电子被激发游离，游离的电子即为Auger电子。
因其具有特定的动能，所以能依据动能的不同来判定材料表面的元素种类。
PHI的700Xi纳米探针俄歇扫描提供高性能的俄歇（AES）频谱分析，俄歇成像和溅射深度分析的复合材料包括：纳米材料，催化剂，金属和电子设备。
维持基于PHI CMA 的核心俄歇仪器性能，和响应了用户所要求以提高二次电子（SE）成像性能和高能量分辨率光谱。
PHI的同轴镜分析仪（CMA）提供了同轴分析仪和电子枪的几何实现高灵敏度多角度广泛收集，以便完成三维结构图，在纳米级技术的发展这是最基础的。
为了提高SE成像性能，闪烁探测器（Scintillator）已被添加以提高图像质量，另再加上数码按钮的用户界面再一次的提高了易用性。
在不用修改CMA和仍维持俄歇在纳米分析的优势下，再添加了高能量分辨率光谱模式，使化学态分析的可能再大大的提高。
总括来说，700Xi以优越的俄歇纳米探针从世界领先的俄歇表面分析仪器，提供了实用和成熟的技术，以满足纳米尺度所需要的广泛实验与研发的用途。
图1 - PHI 700Xi 扫描俄歇纳米探针∙同轴电子枪和分析几何和高级的俄歇灵敏度：700Xi的场发射电子源提供了一个高亮度而直径小于6 nm的电子束以产生二次电子成像。
700Xi的同轴几何使用了“同轴式分析器（CMA）”，促使高灵敏度俄歇通过广泛角度收集进行分析，即使样品是表面平滑或复杂的形状或高表面粗糙度，都可以确保迅速完成所有分析程序。
∙高稳定性成像平台：隔声外壳与振动隔离器提供更稳定的成像和分析。
俄歇电子AES能谱2013.
样品的预处理室是对样品表面进行预处理
的单元。一般可完成清洗、断裂、镀膜、 退火等一系列预处理工作。
3.5 其它附件
目前，一般都配有 SAM 功能，可以对样品
表面进行二维AES成像。
还可在样品室上安装加热、冷却等功能，研 究样品在特殊环境下的状态。
还可根据用户的要求配置EDX等辅助功能。
3.6 俄歇谱仪的分辨率和灵敏度
1.前言
现有很高微区分辨能力的扫描俄歇微探针
（ Scanning Auger Microprobe, SAM ） , 成 为微区分析的有力工具
电子计算机的引入，使能谱仪的功能更趋完
善。目前其已成为许多科学领域和工业应用 中的最重要的表面分析手段之一。
1.前言--AES的特点
表面性（1-2nm） 具有很高的表面灵敏度，其检测极限约为1-5原
微分法
俄歇电子有很强的背底噪音.
俄歇图谱采用微分后曲线的负峰能量 作为俄歇动能进行标定
微分谱
Fe经轻微氧化的d[EN(E)]/dE谱和dN(E)/dE谱
5. AES分析方法
5.1 定性分析
定性分析是进行 AES 分析的首要内容，是根据测得 的 Auger 电子谱峰的位置和形状识别分析区域内所
在原子内某一内层电子电离而形成空位(如K层)， 则该电离原子的去激发可以有两种方式： 一个能量较高态的电子填充该空位，同时发出 特征X射线，即辐射跃迁。 一个较高能量的电子跃迁到空位，同时另一个 电子被激发发射，这是一无辐射跃迁过程，这一 过程被称为Auger效应,被发射的电子称为Auger 电子。
电子枪的电子束斑直径，决定着 SAM的空间
分辨率。目前，商品仪器中，最小的电子束 斑直径为<15 nm，最大加速电压为20 keV。
的单元。一般可完成清洗、断裂、镀膜、 退火等一系列预处理工作。
3.5 其它附件
目前，一般都配有 SAM 功能，可以对样品
表面进行二维AES成像。
还可在样品室上安装加热、冷却等功能，研 究样品在特殊环境下的状态。
还可根据用户的要求配置EDX等辅助功能。
3.6 俄歇谱仪的分辨率和灵敏度
1.前言
现有很高微区分辨能力的扫描俄歇微探针
（ Scanning Auger Microprobe, SAM ） , 成 为微区分析的有力工具
电子计算机的引入，使能谱仪的功能更趋完
善。目前其已成为许多科学领域和工业应用 中的最重要的表面分析手段之一。
1.前言--AES的特点
表面性（1-2nm） 具有很高的表面灵敏度，其检测极限约为1-5原
微分法
俄歇电子有很强的背底噪音.
俄歇图谱采用微分后曲线的负峰能量 作为俄歇动能进行标定
微分谱
Fe经轻微氧化的d[EN(E)]/dE谱和dN(E)/dE谱
5. AES分析方法
5.1 定性分析
定性分析是进行 AES 分析的首要内容，是根据测得 的 Auger 电子谱峰的位置和形状识别分析区域内所
在原子内某一内层电子电离而形成空位(如K层)， 则该电离原子的去激发可以有两种方式： 一个能量较高态的电子填充该空位，同时发出 特征X射线，即辐射跃迁。 一个较高能量的电子跃迁到空位，同时另一个 电子被激发发射，这是一无辐射跃迁过程，这一 过程被称为Auger效应,被发射的电子称为Auger 电子。
电子枪的电子束斑直径，决定着 SAM的空间
分辨率。目前，商品仪器中，最小的电子束 斑直径为<15 nm，最大加速电压为20 keV。
AES 技术解析
定性分析的任务是根据实测的直接谱的俄歇峰 或微分谱的负峰的位置识别元素。 通常是将实测谱与标准谱对比进行定性分析。 采用Perkin-Elmer公司的“俄歇电子能谱手 册”，俄歇电子能谱的定性分析过程如下: 1 利用“主要俄歇电子能量图表”，确定实测 谱中最强俄歇峰对应的可能元素(一般2~3种)。 由于元素不同化学状态产生化学位移，测得的 峰能量与标准谱的峰能量相差几个电子伏特很 正常。
若连续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 歇电子能谱——俄歇电子数目N(E)随电子能量E的 分布曲线。 为了将微弱的俄歇电子信号从强大的背底中提取 出来，Harris提出了采用锁相放大器获得俄歇信号 微分谱的方法，即采用电子电路对电子能量分布 曲线N(E)进行微分，测量dN(E)/dE-E来识别俄歇 电子峰，这就是著名的微分法。
3 对于轻元素C、O、N、S、P等的分析 灵敏度较高。
俄歇过程与特征X射线辐射是相互竞争的过程， 当原子序数小于19时，俄歇电子产率大于90%， 小于33时，俄歇电子产率大于50%，因此，俄 歇电子能谱分析对于轻元素特别有效。
4 可进行成分的深度剖析或薄膜及界面 分析。
局限性
虽然AES应用广泛，但不能分析氢和氦元素； 定量分析的准确度不高；对多数元素的探测灵 敏度为原子分数0.1％~10%；电子束轰击损伤 和电荷积累问题限制其在有机材料、生物试样 和某些陶瓷材料中的应用；对试样要求高，表 面必须清洁(最好光滑)等。 俄歇电子能谱分析方法在理论和技术方面或实 际应用方面都还在不断发展，还需要提高定量 分析的准确性和增强横向分辨能力。
俄歇电子能谱
电子源目前有两种：热电子发射源和场发 射电子源。 热电子发射源，是通过对发射体(阴极)加热， 使电子获得足够能量以克服表面势垒(称功函 数或逸出功)而逸出，电子流密度与发射体的 功函数和温度有关。
场发射电子源，其原理是发射体外施加一 强电场，使发射体的表面势垒降低，宽度变 窄，从而电子得以穿透而逸出。
2、激发源
样品原子的激发可以用不同的方式完成。作 为常规分析用的激发源都为具有一定能量的电 子束，其原因是电子束易实现聚焦和偏转，另 外它不破坏真空度。
某些特殊场合也可使用光子束作为激发源。 其优点是二次电子背景可大大减少，辐射损伤 小于电子束。 另外，离子轰击也可以激发俄歇过程。
(1) 电子源
(2)尺寸：能分析的单颗粉末粒子直径小至1μm， 最大试样尺寸取决于具体的仪器，通常是直径 1.5cm及高0.5cm。
(3)表面：最好是平整表面，但是粗糙表面可以 在局部小面积上(约1μm)分析或者在大面积上(直 径0.5mm)取平均值。
(4)制备：通常不需要制备，试样不能有手指印、 油类和其它高蒸气压物质。
1925年俄歇(Auger)用X射线在威尔逊云室中 研究气体光电效应时，观察到一种先前未被人 们辨认出的电子径迹。
他认为此种电子是通过原子能级间非辐射跃 迁而发射出来的。 1953年朗特(Lander)首次用电子作激发源， 进行表面分析，并从材料背散射电子能量分布 中辨认出俄歇谱线。 但是由于俄歇信号强度低，探测困难，因此 在相当长时期未能实际运用。
(5)研究表面化学过程，包括反应产物和反应动 力学的研究。涉及吸附、多相催化、腐蚀、钝化、 氧化等。
3、样品
(1)形式：具有较低蒸气压(室温下<10-8Torr)的 固体，如金属、陶瓷和有机材料。蒸气压高的材 料可以用试样冷却进行处理。 同样，许多液体样品也可用试样冷却方法或者 作为薄膜涂在导电物质上进行处理。
场发射电子源，其原理是发射体外施加一 强电场，使发射体的表面势垒降低，宽度变 窄，从而电子得以穿透而逸出。
2、激发源
样品原子的激发可以用不同的方式完成。作 为常规分析用的激发源都为具有一定能量的电 子束，其原因是电子束易实现聚焦和偏转，另 外它不破坏真空度。
某些特殊场合也可使用光子束作为激发源。 其优点是二次电子背景可大大减少，辐射损伤 小于电子束。 另外，离子轰击也可以激发俄歇过程。
(1) 电子源
(2)尺寸：能分析的单颗粉末粒子直径小至1μm， 最大试样尺寸取决于具体的仪器，通常是直径 1.5cm及高0.5cm。
(3)表面：最好是平整表面，但是粗糙表面可以 在局部小面积上(约1μm)分析或者在大面积上(直 径0.5mm)取平均值。
(4)制备：通常不需要制备，试样不能有手指印、 油类和其它高蒸气压物质。
1925年俄歇(Auger)用X射线在威尔逊云室中 研究气体光电效应时，观察到一种先前未被人 们辨认出的电子径迹。
他认为此种电子是通过原子能级间非辐射跃 迁而发射出来的。 1953年朗特(Lander)首次用电子作激发源， 进行表面分析，并从材料背散射电子能量分布 中辨认出俄歇谱线。 但是由于俄歇信号强度低，探测困难，因此 在相当长时期未能实际运用。
(5)研究表面化学过程，包括反应产物和反应动 力学的研究。涉及吸附、多相催化、腐蚀、钝化、 氧化等。
3、样品
(1)形式：具有较低蒸气压(室温下<10-8Torr)的 固体，如金属、陶瓷和有机材料。蒸气压高的材 料可以用试样冷却进行处理。 同样，许多液体样品也可用试样冷却方法或者 作为薄膜涂在导电物质上进行处理。
8.2 俄歇电子能谱分析
电子发射出去。
KL 1L 3俄歇电子产生的过程
发生电子跃迁产生空穴的几率。
为电离截面，cm 2；E 为W 能级电子的电离能，p w w w 2.7
给出了P x 半经验公式:
是原子序数，而A,B,C 都是常数。
俄歇几率
荧光几率
由图可见，Z <19，P a 在90％以上；Z =33，P x ＝P a 。
仪可进行表面分析。
俄歇电子谱仪的基本结构
初级电子探针系统信号测量系统及在
筒镜型俄歇分析器
AES 谱图(微分谱)的横坐标为俄歇电子动能，纵坐标为俄歇电子计数的一次微分。
金刚石表面的Ti 薄膜的俄歇定性分析谱(微分谱)，电子
枪的加速电压为3 kV 当元素所处的化学环境发生变化时，俄歇电子能谱的化学位移△E 可用下式表示：
对于A 原子的W 、X 、Y 能级，俄歇化学位移与原子电荷的关系可表示为：
式中，Q A 为A 原子的形式电荷；χA ，χB 为形成化学键时A ，B 原子的电负性；r 为离子半径；k 为介电常数。
℃快速退火处理后表面不同点的俄歇表面定性分析可见：正常样品区表面主要有Si、N以及C和元素存在；而在损伤点表面的C、O含量很高，而Si、N元Ag-Au
Si(111)
移后的样品面的
元素的线扫描分布。
可见：Ag
大致相同，但
端进行了较大规模的扩散。
表明：
用下的扩散过程是不一样的。
俄歇电子能谱AES
表面分析技术
24
Inelastic Mean Free Path (nm)
4 Al Cu 2 Au
0 0
500
1000 1500 2000 Electron Energy (eV)
2500
在三种材料中理论计算的非弹性平均自由程与电子能量的关系
表面分析技术
25
平均自由程
一般来说，当z达到3时，能逃逸到表面的电子数仅占5% ，这时的深度称为平均逃逸深度。平均自由程并不是一个 常数，它与俄歇电子的能量有关。 图7 表示了平均自由程与俄歇电子能量的关系。从图上 可见，在75-100 eV处，存在一个最小值。俄歇电子能
表面分析技术
21
俄歇跃迁几率
KLL
1
LMM
MNN
1
K 0 0 10 20
L 30 40 50 60 70
M 80 0 90
Atomic Number
1. 根据半经验计算，K能 级激发的PA与PX的关 系可以用图5表示。 2. 从图上可见，当元素 的原子序数小于19时 （即轻元素）, 俄歇 跃迁几率（PA）在90% 以上。 3. 直到原子序数增加到 33时，荧光几率才与 俄歇几率相等
量在100 - 2000 eV之间，与E1/2成正比关系。这一能量
范围正是进行俄歇电子能谱分析的范围
表面分析技术
26
表面分析技术
27
平均自由程
平均自由程不仅与俄歇电子的能量有关，还与元素材 料有关。M.P.Seah等综合了大量实验数据，总结出了 以下经验公式； 对于纯元素： = 538E-2 + 0.41(aE)1/2 对于无机化合物： = 2170E-2 + 0.72(aE) 对于有机化合物： = 49E-2 + 0.11(aE)1/2 式中 E -- 以费米能级为零点的俄歇电子能量，eV; a -- 单原子层厚度，nm;
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Inelastic Mean Free Path (nm)
4 Al Cu 2 Au
0 0
500
1000 1500 2000 Electron Energy (eV)
2500
在三种材料中理论计算的非弹性平均自由程与电子能量的关系
表面分析技术
25
平均自由程
一般来说，当z达到3时，能逃逸到表面的电子数仅占5% ，这时的深度称为平均逃逸深度。平均自由程并不是一个 常数，它与俄歇电子的能量有关。 图7 表示了平均自由程与俄歇电子能量的关系。从图上 可见，在75-100 eV处，存在一个最小值。俄歇电子能
表面分析技术
21
俄歇跃迁几率
KLL
1
LMM
MNN
1
K 0 0 10 20
L 30 40 50 60 70
M 80 0 90
Atomic Number
1. 根据半经验计算，K能 级激发的PA与PX的关 系可以用图5表示。 2. 从图上可见，当元素 的原子序数小于19时 （即轻元素）, 俄歇 跃迁几率（PA）在90% 以上。 3. 直到原子序数增加到 33时，荧光几率才与 俄歇几率相等
量在100 - 2000 eV之间，与E1/2成正比关系。这一能量
范围正是进行俄歇电子能谱分析的范围
表面分析技术
26
表面分析技术
27
平均自由程
平均自由程不仅与俄歇电子的能量有关，还与元素材 料有关。M.P.Seah等综合了大量实验数据，总结出了 以下经验公式； 对于纯元素： = 538E-2 + 0.41(aE)1/2 对于无机化合物： = 2170E-2 + 0.72(aE) 对于有机化合物： = 49E-2 + 0.11(aE)1/2 式中 E -- 以费米能级为零点的俄歇电子能量，eV; a -- 单原子层厚度，nm;
俄歇电子能谱仪(AES)分析方法介绍
俄歇电子能谱仪（AES）分析方法介绍1.俄歇电子能谱仪（AES）俄歇电子能谱仪（Auger Electron Spectroscopy，AES），作为一种最广泛使用的表面分析方法而显露头角,通过检测俄歇电子信号进行分析样品表面，是一种极表面（0-3nm）分析设备。
这种方法的优点是：在靠近表面5-20埃范围内化学分析的灵敏度高，很高的空间分辨率，最小可达到6nm；能探测周期表上He以后的所有元素及元素分布；通过成分变化测量超薄膜厚。
它可以用于许多领域，如半导体技术、冶金、催化、矿物加工和晶体生长等方面。
2.俄歇电子能谱仪（AES）工作原理(1)原子内某一内层电子被激发电离从而形成空位，(2)一个较高能级的电子跃迁到该空位上，(3)再接着另一个电子被激发发射，形成无辐射跃迁过程，这一过程被称为Auger效应,被发射的电子称为Auger电子。
(4)俄歇电子能谱仪通过分析Auger电子的能量和数量，信号转化为元素种类和元素含量。
3.俄歇电子能谱仪（AES）可获取的参数（1）定性分析：定性除H和He以外的所有元素及化合态。
（2）元素分布：元素表面分布和深度分布，能获极小区域（表面最小6nm，深度最小0.5nm）的元素分布图。
（3）半定量分析：定量除H和He以外的所有元素，浓度极限为10-3。
（4）超薄膜厚：通过成分变化能测量最薄0.5nm薄膜的膜厚。
4.案例分析案例背景：样品为客户端送检LED碎片，客户端反映LED碎片上Pad表面存在污染物，要求分析污染物的类型。
失效样品确认：将LED碎片放在金相显微镜下观察，寻找被污染的Pad，通过观察，发现Pad表面较多小黑点，黑点直径3μm左右，考虑分析区域大小后选择分析区域最小AES进行分析，能准确分析污染物位置。
俄歇电子能谱仪（AES）分析：对被污染的Pad表面进行分析，结果如下图，位置1为污染位置，位置2为未污染位置。
结论：通过未污染位置和污染位置对比分析可知，发现污染位置主要为含K（20.6%）和S（13.6%）类物质，在未污染位置S含量为3.7%未发现K元素，推断污染位置存在K离子污染，并与S共同作用形成黑色污染物。
俄歇电子能谱仪
15
电子束激发俄歇电子能谱(EAES)与 X射线激发俄歇电子能谱(XAES)的比较
• 用电子束作为激发源的优点是：（1）电子束的强度大于X射线 源多个数量级；（2）电子束可以进行聚焦，具有很高的空间分 辨率；（3）电子束可以扫描，具有很强的图像分析功能；（4） 由于电子束束斑直径小，具有很强的深度分析能力。 • 然而XAES 也具有很多优点：（1）由于X射线引发的二次电子 较弱，俄歇峰具有很高的信/背比；（2）X射线引发的俄歇电子 具有较高的能量分辨率；（3）X射线束对样品的表面损伤小得 多。
14
俄歇电子能谱采样深度
• 俄歇电子能谱的采样深度与出射的俄歇电子的能 量及材料的性质有关。 • 一般定义俄歇电子能谱的采样深度为俄歇电子平 均自由程的3倍。根据俄歇电子的平均自由程的 数据可以估计出各种材料的采样深度。 • 一般对于金属为0.5 ～2 nm, 对于无机物为1 ～3 nm, 对于有机物为1 ～3 nm。 • 从总体上来看，俄歇电子能谱的采样深度比XPS 的要浅, 更具有表 • • • • 俄歇电子能谱的定性分析 俄歇电子能谱的定量分析 俄歇电子能谱的深度分析 俄歇电子能谱的微区分析 俄歇电子能谱的价态分析
17
俄歇电子能谱的定性分析
• 由于俄歇电子的能量仅与原子本身的轨道能级有关，与 入射电子的能量无关，也就是说与激发源无关。
• 对于特定的元素及特定的俄歇跃迁过程，其俄歇电子的 能量是特征的。由此，我们可以根据俄歇电子的动能用 来定性分析样品表面物质的元素种类。 • 定性分析方法可适用于除氢、氦以外的所有元素，且由 于每个元素会有多个俄歇峰，定性分析的准确度很高。
4
俄歇电子能谱的实验技术
样品制备技术
• 俄歇电子能谱仪对分析样品有特定的要求，在通常情 况下只能分析固体导电样品。经过特殊处理，绝缘体 固体也可以进行分析。 • 粉体样品原则上不能进行俄歇电子能谱分析，但经特 殊制样处理也可以进行一定的分析。
电子束激发俄歇电子能谱(EAES)与 X射线激发俄歇电子能谱(XAES)的比较
• 用电子束作为激发源的优点是：（1）电子束的强度大于X射线 源多个数量级；（2）电子束可以进行聚焦，具有很高的空间分 辨率；（3）电子束可以扫描，具有很强的图像分析功能；（4） 由于电子束束斑直径小，具有很强的深度分析能力。 • 然而XAES 也具有很多优点：（1）由于X射线引发的二次电子 较弱，俄歇峰具有很高的信/背比；（2）X射线引发的俄歇电子 具有较高的能量分辨率；（3）X射线束对样品的表面损伤小得 多。
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俄歇电子能谱采样深度
• 俄歇电子能谱的采样深度与出射的俄歇电子的能 量及材料的性质有关。 • 一般定义俄歇电子能谱的采样深度为俄歇电子平 均自由程的3倍。根据俄歇电子的平均自由程的 数据可以估计出各种材料的采样深度。 • 一般对于金属为0.5 ～2 nm, 对于无机物为1 ～3 nm, 对于有机物为1 ～3 nm。 • 从总体上来看，俄歇电子能谱的采样深度比XPS 的要浅, 更具有表 • • • • 俄歇电子能谱的定性分析 俄歇电子能谱的定量分析 俄歇电子能谱的深度分析 俄歇电子能谱的微区分析 俄歇电子能谱的价态分析
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俄歇电子能谱的定性分析
• 由于俄歇电子的能量仅与原子本身的轨道能级有关，与 入射电子的能量无关，也就是说与激发源无关。
• 对于特定的元素及特定的俄歇跃迁过程，其俄歇电子的 能量是特征的。由此，我们可以根据俄歇电子的动能用 来定性分析样品表面物质的元素种类。 • 定性分析方法可适用于除氢、氦以外的所有元素，且由 于每个元素会有多个俄歇峰，定性分析的准确度很高。
4
俄歇电子能谱的实验技术
样品制备技术
• 俄歇电子能谱仪对分析样品有特定的要求，在通常情 况下只能分析固体导电样品。经过特殊处理，绝缘体 固体也可以进行分析。 • 粉体样品原则上不能进行俄歇电子能谱分析，但经特 殊制样处理也可以进行一定的分析。
俄歇电子能谱分析
俄歇电子能谱分析
杨鹏飞 100904091
2
1.俄歇电子能谱仪基本原理
2.俄歇谱仪（AES）及扫描俄歇探针（SAM） 3.俄歇电子谱 4.俄歇电子能谱技术的应用
1.俄歇电子能谱仪基本原理
（1）基本原理 用一定量的电子束轰击样品，使样品原子的内层电子电离， 产生俄歇电子，俄歇电子从样品表面逸出进入真空，被收集 和进行分析。 （2）特点 a.分析层薄 b.分析元素广 c.分析区域小 d.有提供元素化学态的能力 e.具有测定深度—成分分布的能力 f.检测的灵敏度高
PZT/Si薄膜界面反应后的俄歇深度分析谱
17
（6）样品表面的处理
在表面分析时，由于样品在空气中极易吸附气体分子 （包括元素O、C等），这种现象不可避免。而许多样品在 分析时又需要对氧、碳等元素进行分析，因此需要在分析前 对样品进行离子束溅射，去除污染物。
4.俄歇电子能谱技术的应用
（1）研究金属及合金脆化的本质
2.俄歇谱仪（AES）及扫描俄歇探针 （SAM）
俄歇谱仪包括以下几个部分：
样品台，电子枪，扫描电源，溅射离子枪 分析器及放大器，记录系统。 配备有二次电子及吸收电子检测器以及X射线能谱探头，使 这种仪器兼有扫描电镜和电子探针的功能，故称扫描俄歇微 探针。
3.俄歇电子谱
直接谱与微分谱 直接谱即俄歇电子强度 （密度或电子数）N（E） 对其能量E的分布 N（E）—E. 微分谱即 dN（E）/dE－E.
（4）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。
分类：标准样品法，相对灵敏度因子法。
a.标准样品法
标准样品法有纯元素标样法和多元素标样法。 纯元素标样法是在相同条件下，测量样品中元素X和纯元 素X标样的同一俄歇峰，俄歇电子信号的强度分别为Lx和 Ixstd，样品中元素X的原子分数为 Cx= Lx/ Ixstd
杨鹏飞 100904091
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1.俄歇电子能谱仪基本原理
2.俄歇谱仪（AES）及扫描俄歇探针（SAM） 3.俄歇电子谱 4.俄歇电子能谱技术的应用
1.俄歇电子能谱仪基本原理
（1）基本原理 用一定量的电子束轰击样品，使样品原子的内层电子电离， 产生俄歇电子，俄歇电子从样品表面逸出进入真空，被收集 和进行分析。 （2）特点 a.分析层薄 b.分析元素广 c.分析区域小 d.有提供元素化学态的能力 e.具有测定深度—成分分布的能力 f.检测的灵敏度高
PZT/Si薄膜界面反应后的俄歇深度分析谱
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（6）样品表面的处理
在表面分析时，由于样品在空气中极易吸附气体分子 （包括元素O、C等），这种现象不可避免。而许多样品在 分析时又需要对氧、碳等元素进行分析，因此需要在分析前 对样品进行离子束溅射，去除污染物。
4.俄歇电子能谱技术的应用
（1）研究金属及合金脆化的本质
2.俄歇谱仪（AES）及扫描俄歇探针 （SAM）
俄歇谱仪包括以下几个部分：
样品台，电子枪，扫描电源，溅射离子枪 分析器及放大器，记录系统。 配备有二次电子及吸收电子检测器以及X射线能谱探头，使 这种仪器兼有扫描电镜和电子探针的功能，故称扫描俄歇微 探针。
3.俄歇电子谱
直接谱与微分谱 直接谱即俄歇电子强度 （密度或电子数）N（E） 对其能量E的分布 N（E）—E. 微分谱即 dN（E）/dE－E.
（4）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。
分类：标准样品法，相对灵敏度因子法。
a.标准样品法
标准样品法有纯元素标样法和多元素标样法。 纯元素标样法是在相同条件下，测量样品中元素X和纯元 素X标样的同一俄歇峰，俄歇电子信号的强度分别为Lx和 Ixstd，样品中元素X的原子分数为 Cx= Lx/ Ixstd
俄歇电子能谱分析光电子能谱
除特征X射线外，还有一些光子能量更高的成分。鬼 峰主要是由于靶受到污染而导致。
❖ X射线光电子能谱仪
XPS一般由激发源、样品台、电子能量分析器、 检测系统以及超高真空系统等部分组成。
X射线源
X射线源由灯丝及阳极靶等组成，作用是产生特征X 射线。
因为光电子的动能取决于入射X射线的能量及电子的 结合能，因此，最好用单色X射线源，否则轫致辐射和 X射线的“伴线”均会产生光电子，对光电子谱产生干 扰，造成识谱困难。为此采用X射线单色器。
(12-2)
如果测得俄歇谱中所有存在元素（A, B, C, …N） 的相对灵敏度因子，则A元素的原子百分浓度可由下 式计算：
CA
IA /SA
N
(I j/S j )
j A
(12-3)
❖ 俄歇电子能谱仪的应用
从自由能的观点来看，不同温度和加工条件下材料内 部某些合金元素或杂质元素在自由表面或内界面(例如晶 界)处发生偏析，以及它们对于材料性能的种种影响、早 巳为人们所猜测或预料到了。
超高真空系统
钢在550℃左右回火时的脆性、 难熔金属的晶界脆断、镍基合 金的硫脆、不锈钢的脆化敏感 性、结构合金的应力腐蚀和腐 蚀疲劳等等，都是杂质元素在 晶界偏析引起脆化的典型例子。 引起晶界脆性的元素可能商S、 P、Sb、Sn、As、O、Te、Si、 CI、I等，有时它们的平均含量 很低 ，但在晶界附近的几个原 于层内浓度竞富集到10 ~ 104倍。
俄歇峰的这一现象正好与光电子的情况相反。对 于光电子峰，在以结合能为横坐标的的XPS谱线全图 中，其位置不会因X射线激发源的改变而发生变动。 显然，利用这一点，在区分光电子与俄歇谱线有困 难时，利用换靶的方法就可以区分出光电子峰和俄 歇峰。
X射线伴峰和鬼峰 X射线伴峰产生的原因是：在用于辐射的X射线中，
❖ X射线光电子能谱仪
XPS一般由激发源、样品台、电子能量分析器、 检测系统以及超高真空系统等部分组成。
X射线源
X射线源由灯丝及阳极靶等组成，作用是产生特征X 射线。
因为光电子的动能取决于入射X射线的能量及电子的 结合能，因此，最好用单色X射线源，否则轫致辐射和 X射线的“伴线”均会产生光电子，对光电子谱产生干 扰，造成识谱困难。为此采用X射线单色器。
(12-2)
如果测得俄歇谱中所有存在元素（A, B, C, …N） 的相对灵敏度因子，则A元素的原子百分浓度可由下 式计算：
CA
IA /SA
N
(I j/S j )
j A
(12-3)
❖ 俄歇电子能谱仪的应用
从自由能的观点来看，不同温度和加工条件下材料内 部某些合金元素或杂质元素在自由表面或内界面(例如晶 界)处发生偏析，以及它们对于材料性能的种种影响、早 巳为人们所猜测或预料到了。
超高真空系统
钢在550℃左右回火时的脆性、 难熔金属的晶界脆断、镍基合 金的硫脆、不锈钢的脆化敏感 性、结构合金的应力腐蚀和腐 蚀疲劳等等，都是杂质元素在 晶界偏析引起脆化的典型例子。 引起晶界脆性的元素可能商S、 P、Sb、Sn、As、O、Te、Si、 CI、I等，有时它们的平均含量 很低 ，但在晶界附近的几个原 于层内浓度竞富集到10 ~ 104倍。
俄歇峰的这一现象正好与光电子的情况相反。对 于光电子峰，在以结合能为横坐标的的XPS谱线全图 中，其位置不会因X射线激发源的改变而发生变动。 显然，利用这一点，在区分光电子与俄歇谱线有困 难时，利用换靶的方法就可以区分出光电子峰和俄 歇峰。
X射线伴峰和鬼峰 X射线伴峰产生的原因是：在用于辐射的X射线中，
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俄歇电子能谱(AES)
俄歇电子能谱仪的基本结构
• 真空系统
• 超高真空的获得
• 电子枪
电子枪
• 能量分析器
• 离子枪
• 数据采集和处理系统 离 子 枪
快速进样室 分析室
超高真空系统
能量分析器 计算机系统
俄歇电子能谱仪
2
俄歇电子能谱仪
3
电子源
1. 在俄歇电子能谱仪中，通常采用的有三种电子束源，包 括钨丝，六硼化铼灯丝以及场发射电子枪。
俄歇电子能谱仪
11
离子束溅技术
• 为了提高分析过程的深度分辩率，一般应采用间断溅射方式。
• 为了减少离子束的坑边效应，应增加离子束/电子束的直径比。
• 为了降低离子束的择优溅射效应及基底效应，应提高溅射速率 和降低每次溅射间隔的时间。
• 离子束的溅射速率不仅与离子束的能量和束流密度有关，还与 溅射材料的性质有关，所以给出的溅射速率是相对与某种标准 物质的相对溅射速率，而不是绝对溅射速率。俄歇深度分析表 示的深度也是相对深度，而不是绝对深度。
• 一般把粉体样品或小颗粒样品直接压到金属铟或锡的基材表面。可以固定 样品和解决样品的荷电问题。对于需要用离子束溅射的样品，建议使用锡 作为基材，因为在溅射过程中金属铟经常会扩散到样品表面而影响样品的 分析结果。
俄歇电子能谱仪
7
含有挥发性物质的样品
• 对于含有挥发性物质的样品，在样品进入 真空系统前必须清除掉挥发性物质。
• 一般可以通过对样品进行加热或用溶剂清 洗等方法。如含有油性物质的样品，一般 依次用正己烷、丙酮和乙醇超声清洗，然 后红外烘干，才可以进入真空系统。
俄歇电子能谱仪
8
表面有污染的样品
• 对于表面有油等有机物污染的样品，在进入真 空系统前必须用油溶性溶剂如环己烷，丙酮等 清洗掉样品表面的油污。最后再用乙醇清洗掉 有机溶剂，为了保证样品表面不被氧化，一般 采用自然干燥。
俄歇电子能谱仪
12
样品荷电问题
• 对于导电性能不好的样品如半导体材料，绝缘体薄膜， 在电子束的作用下，其表面会产生一定的负电荷积累， 这就是俄歇电子能谱中的荷电效应。
• 样品表面荷电相当于给表面自由的俄歇电子增加了一定 的额外电压, 使得测得的俄歇动能比正常的要高。
• 在俄歇电子能谱中，由于电子束的束流密度很高，样品 荷电是一个非常严重的问题。
品一般都需要经过一定的预处理。主要包括样品大小，
挥发性样品的处理，表面污染样品及带有微弱磁性的
样品等的处理。
俄歇电子能谱仪
5
样品大小
• 由于在实验过程中样品必须通过传递杆，穿过超高真空隔离阀， 送到样品分析室。因此，样品的尺寸必须符合一定的大小规范， 以利于真空系统的快速进样。
• 对于块状样品和薄膜样品，其长宽最好小于10mm, 高度小于5 mm。 对于体积较大的样品则必须通过适当方法制备成大小合适的样品。
俄歇电子能谱仪
10
离子束溅射技术
• 在俄歇电子能谱分析中，为了清洁被污染的固体表面和进 行离子束剥离深度分析，常常利用离子束对样品表面进行 溅射剥离。
• 利用离子束可定量控制地剥离一定厚度的表面层，然后再 用俄歇电子谱分析表面成分，这样就可以获得元素成分沿 深度方向的分布图。
• 作为深度分析用的离子枪，一般使用0.5～5 KeV的Ar离 子源，离子束的束斑直径在1～10mm范围内，并可扫描。 依据不同的溅射条件，溅射速率可从0.1 ～50 nm/min变 化。
• 而对于一些样品，可以进行表面打磨等处理。
俄歇电子能谱仪
9
带有微弱磁性的样品
• 由于俄歇电子带有负电荷，在微弱的磁场作用下，也可以 发生偏转。当样品具有磁性时，由样品表面出射的俄歇电 子就会在磁场的作用下偏离接收角，最后不能到达分析器， 得不到正确的AES谱。此外，当样品的磁性很强时，还存 在导致分析器头及样品架磁化的危险，因此，绝对禁止带 有强磁性的样品进入分析室。对于具有弱磁性的样品，一 般可以通过退磁的方法去掉样品的微弱磁性，然后就可以 象正常样品一样分析。
扫描式电子枪适合于俄歇电子能谱的微区分析。
俄歇电子能谱仪
4
俄歇电子能谱的实验技术
样品制备技术
• 俄歇电子能谱仪对分析样品有特定的要求，在通常情 况下只能分析固体导电样品。经过特殊处理，绝缘体 固体也可以进行分析。
• 粉体样品原则上不能进行俄歇电子能谱分析，但经特 殊制样处理也可以进行一定的分析。
• 由于涉及到样品在真空中的传递和放置，待分析的样
• 但在制备过程中，必须考虑处理过程可能对表面成分和化学状态 所产生的影响。
• 由于俄歇电子能谱具有较高的空间分辨率，因此，在样品固定方 便的前提下，样品面积应尽可能地小，这样可以在样品台上多固 定一些样品。
俄歇电子能谱仪
6
粉末样品
• 对于粉体样品有两种常用的制样方法。一种是用导电胶带直接把粉体固 定在样品台上，另一种是把粉体样品压成薄片，然后再固定在样品台上。
• 对于绝缘体样品，可以通过在分析点（面积越小越好，一 般应小于1mm）周围镀金的方法来解决荷电问题。此外， 还有用带小窗口的Al, Sn, Cu箔等包覆样品等方法。
2. 其中目前最常用的是采用六硼化铼灯丝的电子束源。该 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。
3. 现在新一代的俄歇电子能谱仪较多地采用场发射电子枪， 其优点是空间分辨率高，束流密度大，缺点是价格贵， 维护复杂，对真空要求高。
4. 而电子枪又可分为固定式电子枪和扫描式电子枪两种。
俄歇电子能谱仪
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样品荷电问题
• 有些导电性不好的样品，经常因为荷电严重而不能获得俄 歇谱。
• 但由于高能电子的穿透能力以及样品表面二次电子的发射 作用，对于一般在100nm厚度以下的绝缘体薄膜，如果基 体材料能导电的话，其荷电效应几乎可以自身消除。因此， 对于普通的薄膜样品，一般不用考虑其荷电效应。
• 前者的优点是制样方便，样品用量少，预抽到高真空的时间较短，缺点是 胶带的成分可能会干扰样品的分析。此外，荷电效应也会影响到俄歇电子 谱的采集。后者的优点是可以在真空中对样品进行处理，如加热，表面反 应等，其信号强度也要比胶带法高得多。缺点是样品用量太大，抽到超高 真空的时间太长。并且对于绝缘体样品，荷电效应会直接影响俄歇电子能 谱的录谱。
俄歇电子能谱仪的基本结构
• 真空系统
• 超高真空的获得
• 电子枪
电子枪
• 能量分析器
• 离子枪
• 数据采集和处理系统 离 子 枪
快速进样室 分析室
超高真空系统
能量分析器 计算机系统
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电子源
1. 在俄歇电子能谱仪中，通常采用的有三种电子束源，包 括钨丝，六硼化铼灯丝以及场发射电子枪。
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离子束溅技术
• 为了提高分析过程的深度分辩率，一般应采用间断溅射方式。
• 为了减少离子束的坑边效应，应增加离子束/电子束的直径比。
• 为了降低离子束的择优溅射效应及基底效应，应提高溅射速率 和降低每次溅射间隔的时间。
• 离子束的溅射速率不仅与离子束的能量和束流密度有关，还与 溅射材料的性质有关，所以给出的溅射速率是相对与某种标准 物质的相对溅射速率，而不是绝对溅射速率。俄歇深度分析表 示的深度也是相对深度，而不是绝对深度。
• 一般把粉体样品或小颗粒样品直接压到金属铟或锡的基材表面。可以固定 样品和解决样品的荷电问题。对于需要用离子束溅射的样品，建议使用锡 作为基材，因为在溅射过程中金属铟经常会扩散到样品表面而影响样品的 分析结果。
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含有挥发性物质的样品
• 对于含有挥发性物质的样品，在样品进入 真空系统前必须清除掉挥发性物质。
• 一般可以通过对样品进行加热或用溶剂清 洗等方法。如含有油性物质的样品，一般 依次用正己烷、丙酮和乙醇超声清洗，然 后红外烘干，才可以进入真空系统。
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表面有污染的样品
• 对于表面有油等有机物污染的样品，在进入真 空系统前必须用油溶性溶剂如环己烷，丙酮等 清洗掉样品表面的油污。最后再用乙醇清洗掉 有机溶剂，为了保证样品表面不被氧化，一般 采用自然干燥。
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样品荷电问题
• 对于导电性能不好的样品如半导体材料，绝缘体薄膜， 在电子束的作用下，其表面会产生一定的负电荷积累， 这就是俄歇电子能谱中的荷电效应。
• 样品表面荷电相当于给表面自由的俄歇电子增加了一定 的额外电压, 使得测得的俄歇动能比正常的要高。
• 在俄歇电子能谱中，由于电子束的束流密度很高，样品 荷电是一个非常严重的问题。
品一般都需要经过一定的预处理。主要包括样品大小，
挥发性样品的处理，表面污染样品及带有微弱磁性的
样品等的处理。
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样品大小
• 由于在实验过程中样品必须通过传递杆，穿过超高真空隔离阀， 送到样品分析室。因此，样品的尺寸必须符合一定的大小规范， 以利于真空系统的快速进样。
• 对于块状样品和薄膜样品，其长宽最好小于10mm, 高度小于5 mm。 对于体积较大的样品则必须通过适当方法制备成大小合适的样品。
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离子束溅射技术
• 在俄歇电子能谱分析中，为了清洁被污染的固体表面和进 行离子束剥离深度分析，常常利用离子束对样品表面进行 溅射剥离。
• 利用离子束可定量控制地剥离一定厚度的表面层，然后再 用俄歇电子谱分析表面成分，这样就可以获得元素成分沿 深度方向的分布图。
• 作为深度分析用的离子枪，一般使用0.5～5 KeV的Ar离 子源，离子束的束斑直径在1～10mm范围内，并可扫描。 依据不同的溅射条件，溅射速率可从0.1 ～50 nm/min变 化。
• 而对于一些样品，可以进行表面打磨等处理。
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带有微弱磁性的样品
• 由于俄歇电子带有负电荷，在微弱的磁场作用下，也可以 发生偏转。当样品具有磁性时，由样品表面出射的俄歇电 子就会在磁场的作用下偏离接收角，最后不能到达分析器， 得不到正确的AES谱。此外，当样品的磁性很强时，还存 在导致分析器头及样品架磁化的危险，因此，绝对禁止带 有强磁性的样品进入分析室。对于具有弱磁性的样品，一 般可以通过退磁的方法去掉样品的微弱磁性，然后就可以 象正常样品一样分析。
扫描式电子枪适合于俄歇电子能谱的微区分析。
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俄歇电子能谱的实验技术
样品制备技术
• 俄歇电子能谱仪对分析样品有特定的要求，在通常情 况下只能分析固体导电样品。经过特殊处理，绝缘体 固体也可以进行分析。
• 粉体样品原则上不能进行俄歇电子能谱分析，但经特 殊制样处理也可以进行一定的分析。
• 由于涉及到样品在真空中的传递和放置，待分析的样
• 但在制备过程中，必须考虑处理过程可能对表面成分和化学状态 所产生的影响。
• 由于俄歇电子能谱具有较高的空间分辨率，因此，在样品固定方 便的前提下，样品面积应尽可能地小，这样可以在样品台上多固 定一些样品。
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粉末样品
• 对于粉体样品有两种常用的制样方法。一种是用导电胶带直接把粉体固 定在样品台上，另一种是把粉体样品压成薄片，然后再固定在样品台上。
• 对于绝缘体样品，可以通过在分析点（面积越小越好，一 般应小于1mm）周围镀金的方法来解决荷电问题。此外， 还有用带小窗口的Al, Sn, Cu箔等包覆样品等方法。
2. 其中目前最常用的是采用六硼化铼灯丝的电子束源。该 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。
3. 现在新一代的俄歇电子能谱仪较多地采用场发射电子枪， 其优点是空间分辨率高，束流密度大，缺点是价格贵， 维护复杂，对真空要求高。
4. 而电子枪又可分为固定式电子枪和扫描式电子枪两种。
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样品荷电问题
• 有些导电性不好的样品，经常因为荷电严重而不能获得俄 歇谱。
• 但由于高能电子的穿透能力以及样品表面二次电子的发射 作用，对于一般在100nm厚度以下的绝缘体薄膜，如果基 体材料能导电的话，其荷电效应几乎可以自身消除。因此， 对于普通的薄膜样品，一般不用考虑其荷电效应。
• 前者的优点是制样方便，样品用量少，预抽到高真空的时间较短，缺点是 胶带的成分可能会干扰样品的分析。此外，荷电效应也会影响到俄歇电子 谱的采集。后者的优点是可以在真空中对样品进行处理，如加热，表面反 应等，其信号强度也要比胶带法高得多。缺点是样品用量太大，抽到超高 真空的时间太长。并且对于绝缘体样品，荷电效应会直接影响俄歇电子能 谱的录谱。