俄歇电子能谱简介
俄歇电子AES能谱20
分析表面涂层和薄膜的组成、结构和性能，评估其稳定性和耐久性。
03
表面工程中俄歇电子能谱的应用案例
介绍成功应用俄歇电子能谱解决表面工程中关键问题的案例。
生物医学中的俄歇电子能谱应用
生物分子结构和功能的俄歇电子能谱研究
研究生物分子的结构和功能，揭示其在生命过程中的作用和机制。
1955年，美国物理学家罗伯特·穆顿 提出了穆顿模型，为俄歇电子能谱学 的发展提供了重要的模型基础。
1932年，法国物理学家厄内斯特·卢 瑟福提出了著名的卢瑟福散射公式， 为俄歇电子能谱学的发展提供了重要 的理论基础。
1960年，美国物理学家约翰·芬尼根 提出了芬尼根模型，为俄歇电子能谱 学的发展提供了更精确的理论基础。
价带结构分析
通过俄歇电子能谱可以研究半导体材料的价带结构，从而推断材料的导电性能和光学性质。通过分析 俄歇电子的能量分布，可以得到价带结构的能级位置和带宽等信息。
薄膜材料的俄歇电子能谱分析
薄膜厚度和组分分析
俄歇电子能谱可以用来分析薄膜材料的 厚度和组分信息。通过测量不同元素的 俄歇电子能量和强度，可以确定薄膜中 各元素的种类和含量。
AES能谱
通过对俄歇电子的能量进行分析，可 以得到样品的化学成分和结构信息。
AES能谱的实验方法
实验设备
AES能谱仪通常包括X射线源 、离子源、样品室、能量分析
器和检测器等部分。
实验步骤
将样品放置在样品台上，通过离子 束或X射线束对其进行照射，然后 收集俄歇电子并对其进行能量分析 。
数据处理
通过对AES能谱的数据进行处理和 分析，可以得到样品的化学成分和 结构信息。
药物设计和开发的俄歇电子能谱应用
利用俄歇电子能谱研究药物与生物分子的相互作用和结合模式，为新药设计和开发提供支 持。
俄歇电子能谱
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
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。
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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。
俄歇电子AES能谱2013.
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。
俄歇电子能谱
100 Si 80 SiO2 界面层
原子摩尔百分数浓度
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
PZT/Si薄膜界面反应后的俄歇深度分析谱
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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。
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Ag －Au/Si(111)
计数 / 任意单位
Ag
Au
0
100
200
300
400
500
600
700
距离 / m
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元素的线扫描分布图
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俄歇电子能谱的面分布分析也可称为俄歇电子 能谱的元素分布的图像分析。它可以把某个元素在 某一区域内的分布以图像的方式表示出来，就象电 镜照片一样。只不过电镜照片提供的是样品表面的 形貌像，而俄歇电子能谱提供的是元素的分布像。 结合俄歇化学位移分析，还可以获得特定化学 价态元素的化学分布像。俄歇电子能谱的面分布分 析适合于微型材料和技术的研究，也适合表面扩散 等领域的研究。在常规分析中，由于该分析方法耗 时非常长，一般很少使用。
4
积分谱根据能量分辨率的不同设置方式，也有两 种形式，即NE(E)~E和N(E)~E。积分谱的信噪比 优于微分谱，但信背比却低于微分谱。
5
1、表面元素定性鉴定 2、表面元素的半定量分析 3、表面元素的化学价态分析 4、元素沿深度方向的分布分析 5、微区分析 6、选点分析、线扫描分析、元素面分布分析
现代分析技术：5-俄歇电子能谱
Si元素标准俄歇微分谱
元素及原子序数
入射电子束能量
92eV LVV主峰
杂质峰 用元素符号标明
负峰能量值
KLL伴峰
1619eV KLL主峰
现代分析技术
SiO2中Si的俄歇微分谱
LVV主峰
KLL主峰
• 化学位移：化学环境（元素价态）对电子能谱的影响
– Ep=3 keV时，SiO2中Si的俄歇微分谱 – KLL主峰， 纯Si：1619eV SiO2中Si：1600eV； – LVV主峰， 纯Si：92eV SiO2中Si ：76eV。
>Atomic No. 3
EDX Analysis Depth (<1 - 5 m)
Auger Analysis Depth (4-50 Å)
现代分析技术
逸出过程的物理参数
• 表面粗糙度因子 R
– 粗糙表面，电子逸出后 有可能被固体表面重新 俘获
• 探测器接收效率T
– 对于逸出固体表面的俄
歇电子，探测器（能量
– Xp, Yq, Wi只由样品原 子本身的电子能级决定
俄歇电子能量EA是识别 元素的重要依据
高能电子
真空能级 Yq Xp Wi
现代分析技术
俄歇电子主峰能量图
• 俄歇谱仪根据俄歇电 子能量来识别元素。
• 实际应用中俄歇电子 能量通过Auger电子能 谱手册查找
– Perkin-Elmer公司的 Auger电子能谱手册， 给出了各种原子不同系 列的Auger电子能量谱 峰位置。
0
50
Ep: 3000
E(eV)
粗略的广义二次电子能量密度分布曲线
• 俄歇电子谱淹没在强大且变化的二次电子本底、背散射电 子以及本底和俄歇电子涨落形成的散粒噪声中。
俄歇电子能谱
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。
俄歇电子能谱
俄歇电子能谱俄歇电子能谱（RydbergElectronSpectroscopy，RES）是一种测量极离子系统的光谱分析方法，可以将气态离子激发到高能状态，从而测量离子系统中激发光谱的强度和波长。
俄歇电子能谱可以用来测量和研究由多个电子组成的极离子系统的物理性质，是物理化学研究中经常使用的必要技术。
俄歇电子能谱技术是一种光谱分析技术，它可以用来测量极离子系统中激发状态的性质，如激发态的能量、振荡强度以及激发光谱的波长及波长分布。
此外，它还可以用来调查极离子系统中的局域化电子结构。
俄歇电子能谱可以用光学或电离谱的方法来测量极离子系统的光谱，并通过特征的谱线特征来分析信号，从而获取极离子系统的物理性质。
俄歇电子能谱试验常用到的发射管正是由极离子系统组成，在发射管中，离子被激发到极离子状态，然后释放出不同波长和强度的激发态，最终形成发射管中的总体激发光谱。
俄歇电子能谱技术可以用来测量极离子系统中各种物理量，如极离子能级的能量、激发态的密度和电子轨道的结构，以及极离子的结构、物理化学反应以及电子结构的研究。
同时，它也可以用于研究由极离子组成的分子的特性，包括分子结构、动力学研究以及超高真空和室温条件下分子的特性。
俄歇电子能谱技术具有较高的精确度，可以用来测量极离子系统中的激发态的能量和强度、激发态的密度和电子轨道的结构等，因此在科学研究中得到了广泛应用。
例如，在研究分子结构和性质以及电子激发能量的转移过程、分子的活化和物理化学反应等方面，都可以使用俄歇电子能谱技术。
俄歇电子能谱技术一直以来都是物理化学研究领域中重要的分析工具，它可以用来测量极离子系统中激发状态的性质，为物理化学研究和应用提供重要信息和参考，为解决科学问题和技术问题提供重要帮助。
随着科学技术的进步，俄歇电子能谱技术将会得到进一步的改进，并将在更多的研究领域中得到广泛应用。
俄歇电子能谱技术(AES)
2 .电子能量分析器
• 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 一种叫作筒镜分析器的装置。
筒镜分析器
• 分析器的主体是两个同心的圆筒。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）。由样品 上发射的具有一定能量的电子从入口位置 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。
• 若将筒镜分析器与电子束扫描电路结合起 来可以形成俄歇扫描显微镜。电子枪的工 作方式与扫描电镜类似，两级透镜把电子 束斑缩小到3微米，扫描系统控制使电子束 在样品上和显像管荧光屏上产生同步扫描， 筒镜分析器探测到的俄歇电子信号经电子 倍增器放大后用来对荧光屏光栅进行调制， 如此便可得到俄歇电子像（SAM）。
材料的元素偏析研究
• 元素偏析经常是材料 失效的重要原因。利 用俄歇电子能谱可以 很好地研究材料中的 元素偏析问题。 • 从右图可见，除表面 有氧化层外，在基底 合金材料中，主要是 Fe,Ni，Cr合金，成分 分布还是很均匀的。
Fe
ACP / ％
Ni
Cr 0 5 O 10 15 20 25 30 35 40 Sputtering Time / min
• 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的这五个特征量可获如下表面特征: 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。
第四节
第五章能谱分析51俄歇电子能谱分析(AES)511俄歇电
e) 俄歇电子平均逸出深度为0.5~20nm,为使 歇电子信号增大,主要需增大此厚度内的离子浓 度。所以探针电子能量一般选择其<10Eth。 f) 为了在很薄的厚度内,使离子的密度更大,针 电子的入射角尽可能地小一点,形成斜射,使大角 度散射的概率更高。
射角θ、入射狭缝与出射狭缝之间的距
离恒定,理论上只有一种固定能量的电 子可以聚焦在轴的另一端的F点上。
一般讲,θ= 42o18’ 。rc为像s’偏
离中心轴的半径,信号电子的能量为E0。 两园筒间的静电场中离中心轴为r
处各点的电位φ分布为： φ= [－V/ln(r2/r1)]ln(r/r1)
式中：V—筒间的电位差；
其中
k0 = E0/eV×ln(r2/r1)
Z = k01/2·cosθ∫rr1dr/[k0 sin2θ－ln(r/r1)]
信号电子从发射点S到成像点F的距离为L：
L = 2[r1cosθ+ r1(2k0)1/2·cosθ ·exp(k0 sin2θ)]∫(2k0)1/2·sinθ0·exp(－t2 L为θ和k0的函数,查积分表,可求得：
子产额αk确定的情况下,产生的俄歇电子数将
越多,俄歇电子信号将可能越强(X射线荧光也 可能越强)。
若有Ii个能量为Ei的探针电子以入射角θ
照射到固体表面时,能够逸出到样品表面外的 单位立体角内的俄歇电子数的微分方程为：
dIa/dω = αx/4π∫f(Z,Ei,θ,Ii)exp(－μZ/cosθ)dZ
m/2·r’2 + eV/ln(r2/r1)×lnr/r1
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(AES)
(2)背散射电子引起的电离部分
若单位强度入射电子产生n个散射电子，产生的电离部分为
令
称为基体散射因子，则
(3)总电离几率
@
2．平均自由程和逃逸深度Z
(1)将电子在固体中连续发生两次非弹性碰撞之间所经过的距离 的平均值称为非弹性撞平均自由程，对于E>200eV
(1) e束能量高，对绝热材料易致损伤;
(2) e束带电荷，对绝缘材料有荷电现象，影响分析。 @
二、俄歇效应
俄歇电子
X 射 线
C
B
A
电子激发引起的X-射线和俄歇电子发射
俄歇过程如图：当原子受外来高能e轰击(Ep5EK)时，内 壳层e电离，原子内层轨道出现空穴而处于激发态，电离原子 通过发射X-ray或发射Auger e去而去激发。
3．终态效应
仅在X射线激发，且在高分辨率谱仪下才能观察到。 @
六、俄歇信号强度
讨论Auger e 强度的目的是为了进行元素定量分析，影响 强 度 的 因 素 主 要 为 (1) 元 素 电 离 几 率 ； (2)Auger 跃 迁 几 率 ； (3)Auger的逃逸深度。 1．原子内能级的电离几率(截面) AX AX定义为入射e与元素A作用时，从X能级激发出 Auger e 的几率。Ax是入射 e 能量EP、元素种类和原子壳层的函数。 (1)入射电子本身引起的电离部分 =F(EP，电离能EAX，壳层电子数…) 对于A原子X壳层 @
二次电子 弹性散射峰
Auger 电子峰
从图可以看出：
(1)峰位 (能量) ，由特定元素原子结构确定;
(2)元素的峰数，…………………………. .，(可由量子力学估计); (3)各峰相对强度大小也是该元素特征; 以上三条是俄歇能谱定性分析的依据，这些数据均有手册可查。 @
俄歇电子能谱分析光电子能谱
(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。
研究金属及合金脆化的本质
晶间断裂是脆性断裂的一种特殊形式，有的是由于片 状沉淀在晶界析出而引起的，我们可以用扫描电镜、选 区电子衍射、电子探针等手段确认晶界析出物的形貌、 晶体结构和化学成分，从而找出产生脆断的原因。
但是还有一些典型的晶间脆断，如合金钢的回火脆断 及难熔金属的脆断，在电子显微镜放大几十万倍下观察， 仍未能在晶界处发现任何沉淀析出，人们一直怀疑这可 能是一些有害杂质元素在晶界富集而引起脆断，但一直 苦于拿不出直接的证据。直到在俄歇能谱对断口表面进 行分析后，合金钢回火脆性本质才被揭开。
X射线光电子谱中峰的种类
光电子峰和俄歇峰 光电子峰在谱图中是最主要的，它们是具有特征
能量的光电子产生。光电子峰的特点是：谱图中强 度最大、峰宽最小、对称性最好。
由于光电子的产生，随后必然会产生俄歇电子， 俄歇电子的能量具有特征值，在光电子谱中也会产 生俄歇峰。
由于俄歇电子的动能与激发源无关，因而对于同 一样品，在以动能为横坐标的XPS谱线全图中，俄歇 谱线的位置不会因改变X射线激发源而发生变动。
❖ 基本原理
(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。
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俄歇电子能谱简介
摘要：本文介绍了俄歇电子的产生、表示、俄歇电子的过程和能量、样品制备技术、以及俄歇电子能谱仪的应用。
由此得出俄歇电子能谱仪在材料表面性质研究方面, 有着不可替代的作用。
关键词：俄歇电子；俄歇电子能谱仪；样品制备；应用
俄歇过程是法国科学家Pierre Auger首先发现的。
1922年俄歇完成大学学习后加入物理化学实验室在其准备光电效应论文实验时首先发现这一现象，几个月后，于1923年他发表了对这一现象（其后以他的名字命名）的首次描述。
30年后它被发展成一种研究原子和固体表面的有力工具。
尽管从理论上仍然有许多工作要做，然而俄歇电子能谱现已被证明在许多领域是非常富有成果的，如基础物理（原子、分子、碰撞过程的研究）或基础和应用表面科学。
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（受激）。
当外层电子跃入内层空位时，将释放多余的能量（退激）释放的方式可以是：发射X射线（辐射跃迁退激方式）；发射第三个电子─俄歇电子（俄歇跃迁退激方式）。
如下图：
例如，原子中一个K层电子被入射光量子击出后，L层一个电子跃入K层填补空位，此时多余的能量不以辐射X光量子的方式放出，而是另一个L层电子获得能量跃出吸收体，这样的一个K层空位被两个L层空位代替的过程称为俄歇效应，跃出的L层电子称为俄歇电子[1]。
在上述跃迁过程中一个电子能量的降低，伴随另一个电子能量的增高，这个跃迁过程就是俄歇效应。
从上述过程可以看出，至少有两个能级和三个电子参与俄歇过程，所以氢原子和氦原子不能产生俄歇电子。
同样孤立的锂原子因为最外层只有一个电子，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。
俄歇电子的动能取决于元素的种类。
2.俄歇电子的表示
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。
如KL1L1，L1M1M1，L2, 3VV，如下图：
3.俄歇过程和俄歇电子能量
WXY跃迁产生的俄歇电子的动能可近似地用经验公式估算，即：E WXY=E W—E X —E Y,如下图（WXY俄歇过程示意图）：
4.俄歇电子能谱
显然，俄歇电子与特征X射线一样，其能量与入射粒子无关，而仅仅取决于受激原子核外能级，所以，根据莫塞莱定律，可以利用此信号所携带的能量特征和信号强度，对试样进行元素组成的定性定量分析。
俄歇电子能谱仪(AES) 就是建立在电子技术、弱信号检测技术和超高真空技术基础上的一种研究材料表面组成元素的新型分析仪器。
俄歇电子能谱仪，就是根据分析俄歇电子的基本特性所得到材料有关表层化学成分的定性或定量信息的仪器。
主要应用于表层轻微元素分析。
今年来，由于超高真空和能谱检测技术的发展，俄歇谱仪作为一种极为有效的表面分析工具，为探索和澄清许多涉及表面现象的理论和工艺问题，做出了十分可贵的贡献，日益受到人们的普遍重视[2]。
AES 有很多优点如下：（1）在距表面0. 5~ 2nm 范围内，灵敏度高、分析速度快；（2）能探测周期表上He 以后的所有元素；（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。
5.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分析[3] 。
由于涉及到样品在真空中的传递和放置，所以待分析样品一般都需要经过一定的预处理。
5.1.样品的尺寸
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，所以样品的尺寸必须符合一定规范，以利于真空系统的快速进样。
块状样品和薄膜样品，长宽最好小于10 mm，高度小于5 mm。
体积较大的样品，必须通过适当方法制备成大小合适的样品。
5.2.粉末样品的处理
粉体样品有两种常用的制样方法：一是用导电胶带直接把粉体固定在样品台上
[4]，一是把粉体样品压成薄片，然后再固定在样品台上[5] 。
5.3. 挥发性样品的处理
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挥发性物质。
一般可以对样品进行加热或用溶剂清洗。
对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[6]，然后红外烘干，才可以进入真空系统。
5.4.表面污染样品的处理
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，丙酮等清洗样品表面的油污，最后再用乙醇洗去有机溶剂。
为了保证样品表面不被氧化，一般采用自然干燥[7]。
有些样品可以进行表面打磨等处理。
6.俄歇电子能谱仪的应用
俄歇电子能谱可以用来研究固体表面的能带结构、态密度等。
俄歇电子能谱还常用来研究表面的物理化学性质的变化。
如表面吸附、脱附以及表面化学反应。
在材料科学领域，俄歇电子能谱主要应用于材料组分的确定，纯度的检测，材料特别是薄膜材料的生长。
俄歇电子能谱可以研究表面化学吸附以及表面化学反应。
在物理学，化学，材料科学以及微电子学等方面有着重要的应用。
6.1.固体表面清洁程度的测定
在研究工作中，经常需要获得清洁的表面。
一般对于金属样品可以通过加热氧化除去有机物污染，再通过真空热退火除去氧化物而得到清洁表面。
而最简单的方法则是离子枪溅射样品表面来除去表面污染物。
样品的表面清洁程度可以用俄歇电子能谱来实时监测。
6.2.表面吸附和化学反应的研究
由于俄歇电子能谱具有很高的表面灵敏度，可以检测到10-3原子单层，因此可以很方便和有效地用来研究固体表面的化学吸附和化学反应。
6.3.薄膜厚度测定
通过俄歇电子能谱的深度剖析，可以获得多层膜的厚度。
由于溅射速率与材料的性质有关，这种方法获得的薄膜厚度一般是一种相对厚度。
但在实际过程中，大部分物质的溅射速率相差不大，或者通过基准物质的校准，可以获得薄膜层的厚度。
这种方法对于薄膜以及多层膜比较有效。
对于厚度较厚的薄膜可以通过横
截面的线扫描或通过扫描电镜测量获得。
6.4.薄膜的界面扩散反应研究
在薄膜材料的制备和使用过程中，不可避免会产生薄膜层间的界面扩散反应。
对于有些情况下，希望薄膜之间能有较强的界面扩散反应，以增强薄膜间的物理和化学结合力或形成新的功能薄膜层。
而在另外一些情况则要降低薄膜层间的界面扩散反应。
如多层薄膜超晶格材料等。
通过俄歇电子能谱的深度剖析，可以研究各元素沿深度方向的分布，因此可以研究薄膜的界面扩散动力学。
同时，通过对界面上各元素的俄歇线形研究，可以获得界面产物的化学信息，鉴定界面反应产物。
俄歇电子能谱仪作为一种检测和研究材料表面有关性能的现代精密分析仪器，其应用领域早已突破传统的金属和合金范围，扩展到纳米薄膜技术、微电子技术和光电子技术领域。
未来将朝着高空间分辨率、大束流密度的方向发展。
俄歇电子能谱仪未来在新材料研制、材料表面性能测试与表征中都将发挥不可估量的作用。
参考文献
[1]周玉。
材料分析方法。
北京：机械工业出版社，2009：13。
[2]周玉。
材料分析方法。
北京：机械工业出版社，2009：256。
[3]代海洋，王治安，黄宁康。
核技术，2007，30( 5) ：419—422。
[4]钱卫江，徐炜新，郭林娣等。
现代科学仪器，2000，( 3) ：50—54。
[5]赵丽华，李锦标，周明辉等。
半导体技术，2002，27( 5)：73—76。
[6]雷雯。
真空与低温，1994，13( 2) ：122—125。
[7]潘孝仁，朱以华，赵海波等。
华东化工学院学报，1996，16( 5) ：589—594。