俄歇电子能谱
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
括号的项是较小的修正，代表当 ? 电子不在时? 电子束缚能的增加和? 电子不 在时? 电子束缚能的增加二者的平均值。
各元素的俄歇电子的动能可以从有关手册上查到
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.2.4 俄歇电子能量
通常情况下， z≤14的元素用KLL 群 较合适，
14＜z＜42的元素用 LMM群较合适，
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.3 俄歇电子能谱分析法的应用 3.5.3.1 定性分析
俄歇电子能谱的定性分析是一种最常规的分析方法
定性分析的任务是根据测得的微分谱上负峰位置识别 元素 ，方法是与标准谱图对比，工具是有标准谱图的 手册，如PE公司的“俄歇电子谱手册”（ L. E. Davis 等编），在这本手册里，有每一种元素的标准谱图及 主要俄歇电子能量图。
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.3 俄歇电子能谱分析法的应用 3.5.3.2 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，因此可以利用这一特征进行元素的半定 量分析，但AES不是一种很好定量分析方法。
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.3 俄歇电子能谱分析法的应用 3.5.3.1 定性分析
一般定性分析步骤如下： 1、首先把注意力集中在最强的俄歇峰上。利用 “主要俄歇电子能量图 ”， 把对应于此峰的可能元素降低到 2~3种。然后用这几种可能元素的标准谱 进行对比分析，确定元素种类。 考虑到元素化学状态不同所产生的化学位 移，测得的峰的能量与标准谱上的峰的能量相差几个电子伏特是很正常的 。 2、在确定主峰元素后，利用标准谱图，在俄歇电子能谱图上标注所有属于 此元素的峰。 3、重复1和2的过程，去标识更弱的峰。
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.2.3 俄歇电子命名
俄歇电子的发射牵涉到三个电子的能级，因此，常常将三个 壳层的符号并列来命名俄歇电子
Mg1s1/2
KL 1L1
L 1M 1M 1
L2，3VV
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.2.3 俄歇电子命名
氢原子（1s1)和氦原子(1s2)
只有K层电子，不能产生俄歇电子。
孤立的锂原子(1s22s1) 也不可能产生俄歇电子，因为锂原子只有一个 L1电子，
但金属锂可以有ＬiKVV （V表示价带），因为价带中有许多价电
子。
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.2.4 俄歇电子能量
俄歇电子的动能只与牵扯到的电子在物质中所处的能级 及仪器的功函数 ? SP有关，与激发源能量无关。
3.5.2.1 俄歇电子产率
用几率来衡量两个竞争过程，发射X射线荧光的几率PKX；发射K系 Auger 电子 的几率PKA，则K层X射线荧光产额：
? KX
?
PKX PKX ? PKA
K层Auger 电子几率产额：
? KA=1-? KX
Z ＜19, 俄歇电子产额大于90%； 俄歇电子能谱法更适用于轻元素（ Z＜ 33）的分析
N（E）～E作图，直接谱的信噪比较差。 ? 微分谱是用dN(E)/dE ～E作图，微分峰有正峰和负峰，一般用负峰的峰
值作为定性分析指标，用峰 —峰值表示峰强度，为定量分析指标。微分 谱的信噪比大大提高了，灵敏度好于直接谱。
用能量为1 keV的一次电子束所 激发的纯银样品的电子能谱
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
z≥42的元素，用MNN 群较合适。
主要俄歇电子能量图 (红色圆点代 表每个元素的强峰 )并标出每种元
素所产生的俄歇电子能量及其相对 强度
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.3 俄歇电子能谱
? 常用的俄歇能谱有直接谱和微分谱两种。 ? 直接谱是用俄歇电子强度（电子计数或密度N）对其能量E的分布。
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.2 俄歇电子能谱基本原理
3.5.2.1 俄歇电子发射
X射线/电子束
激发电子
A+* → A+* + h? (荧光X射线) A+* → A2+* + e (Auger 电子) 两个过程竞争； 双电离态；
荧光 X射线
Auger 电子
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.1 概述
? 俄歇电子能谱(Auger Electron Spectroscopy ，简称AES)能提供材 料表面几个原子层的成分及分布信息，基础是法国物理学家 Pierre Auger 于1925年观测到的俄歇电子发射现象。
? 实际上“俄歇电子发射现象”已分别被 Lise Meitner 和Pierre Auger 于十九世纪二十年代独立发现，其中首先由 Meitner 于1923 年在期刊Zeitschrift f?r Physik 对该发现进行了报道，但英语科学 团体依然用俄歇的名字来命名它。
3.5.3 俄歇电子能谱仪
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.3 俄歇电子能谱分析法的应用
在俄歇电子能谱仪中，一束电子照射到样品表面会得到哪些信息？
? 根据从样品表面发射的俄歇电子能量，可以确定表面存在什 么元素——定性分析
? 根据发射俄歇电子的数量，可以确定元素在表面的含量—— 定量分析（不能准确定量）
常用的一个经验公式为
? ? E?Z??
?
E?Z
?
E?Z
?
E?Z
?
1 2
E?Z ?1 ? E?Z ? E?Z ?1 ? E?Z
? sp
EZ??? ：原子序数为Z的原子所发射的??? 俄歇电子的能量；
Ez?， Ez? ，பைடு நூலகம்Ez? 都代表原子中的电子束缚能； Ez?— Ez? — Ez? 表示? 、? 、? 层的束缚能之差， 是主要的部分；
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.1 概述 3.5.2 俄歇电子能谱基本原理 3.5.2.1 俄歇电子发射 3.5.2.2 俄歇电子产率 3.5.2.3 俄歇电子命名 3.5.2.4 俄歇电子能量 3.5.3 俄歇电子能谱
3.5.4 俄歇电子能谱分析法的应用
3.5.5 俄歇电子能谱的特点和应用领域
?不同的化学环境，会使俄歇峰 位置移动，峰形发生变化 ，所以 俄歇峰包含丰富的化学信息——化学态分析
?如果用离子束溅射，逐渐剥离表面，还可以得到元素在深度方 向的分布——元素深度剖析
?电子束可以聚的非常细，偏转、扫描也容易，让一束聚的很细 的电子在样品表面扫描，就可以测得元素在表面上的分布 —— 微区分析
各元素的俄歇电子的动能可以从有关手册上查到
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.2.4 俄歇电子能量
通常情况下， z≤14的元素用KLL 群 较合适，
14＜z＜42的元素用 LMM群较合适，
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.3 俄歇电子能谱分析法的应用 3.5.3.1 定性分析
俄歇电子能谱的定性分析是一种最常规的分析方法
定性分析的任务是根据测得的微分谱上负峰位置识别 元素 ，方法是与标准谱图对比，工具是有标准谱图的 手册，如PE公司的“俄歇电子谱手册”（ L. E. Davis 等编），在这本手册里，有每一种元素的标准谱图及 主要俄歇电子能量图。
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.3 俄歇电子能谱分析法的应用 3.5.3.2 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，因此可以利用这一特征进行元素的半定 量分析，但AES不是一种很好定量分析方法。
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.3 俄歇电子能谱分析法的应用 3.5.3.1 定性分析
一般定性分析步骤如下： 1、首先把注意力集中在最强的俄歇峰上。利用 “主要俄歇电子能量图 ”， 把对应于此峰的可能元素降低到 2~3种。然后用这几种可能元素的标准谱 进行对比分析，确定元素种类。 考虑到元素化学状态不同所产生的化学位 移，测得的峰的能量与标准谱上的峰的能量相差几个电子伏特是很正常的 。 2、在确定主峰元素后，利用标准谱图，在俄歇电子能谱图上标注所有属于 此元素的峰。 3、重复1和2的过程，去标识更弱的峰。
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.2.3 俄歇电子命名
俄歇电子的发射牵涉到三个电子的能级，因此，常常将三个 壳层的符号并列来命名俄歇电子
Mg1s1/2
KL 1L1
L 1M 1M 1
L2，3VV
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.2.3 俄歇电子命名
氢原子（1s1)和氦原子(1s2)
只有K层电子，不能产生俄歇电子。
孤立的锂原子(1s22s1) 也不可能产生俄歇电子，因为锂原子只有一个 L1电子，
但金属锂可以有ＬiKVV （V表示价带），因为价带中有许多价电
子。
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.2.4 俄歇电子能量
俄歇电子的动能只与牵扯到的电子在物质中所处的能级 及仪器的功函数 ? SP有关，与激发源能量无关。
3.5.2.1 俄歇电子产率
用几率来衡量两个竞争过程，发射X射线荧光的几率PKX；发射K系 Auger 电子 的几率PKA，则K层X射线荧光产额：
? KX
?
PKX PKX ? PKA
K层Auger 电子几率产额：
? KA=1-? KX
Z ＜19, 俄歇电子产额大于90%； 俄歇电子能谱法更适用于轻元素（ Z＜ 33）的分析
N（E）～E作图，直接谱的信噪比较差。 ? 微分谱是用dN(E)/dE ～E作图，微分峰有正峰和负峰，一般用负峰的峰
值作为定性分析指标，用峰 —峰值表示峰强度，为定量分析指标。微分 谱的信噪比大大提高了，灵敏度好于直接谱。
用能量为1 keV的一次电子束所 激发的纯银样品的电子能谱
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
z≥42的元素，用MNN 群较合适。
主要俄歇电子能量图 (红色圆点代 表每个元素的强峰 )并标出每种元
素所产生的俄歇电子能量及其相对 强度
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.3 俄歇电子能谱
? 常用的俄歇能谱有直接谱和微分谱两种。 ? 直接谱是用俄歇电子强度（电子计数或密度N）对其能量E的分布。
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.2 俄歇电子能谱基本原理
3.5.2.1 俄歇电子发射
X射线/电子束
激发电子
A+* → A+* + h? (荧光X射线) A+* → A2+* + e (Auger 电子) 两个过程竞争； 双电离态；
荧光 X射线
Auger 电子
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.1 概述
? 俄歇电子能谱(Auger Electron Spectroscopy ，简称AES)能提供材 料表面几个原子层的成分及分布信息，基础是法国物理学家 Pierre Auger 于1925年观测到的俄歇电子发射现象。
? 实际上“俄歇电子发射现象”已分别被 Lise Meitner 和Pierre Auger 于十九世纪二十年代独立发现，其中首先由 Meitner 于1923 年在期刊Zeitschrift f?r Physik 对该发现进行了报道，但英语科学 团体依然用俄歇的名字来命名它。
3.5.3 俄歇电子能谱仪
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.3 俄歇电子能谱分析法的应用
在俄歇电子能谱仪中，一束电子照射到样品表面会得到哪些信息？
? 根据从样品表面发射的俄歇电子能量，可以确定表面存在什 么元素——定性分析
? 根据发射俄歇电子的数量，可以确定元素在表面的含量—— 定量分析（不能准确定量）
常用的一个经验公式为
? ? E?Z??
?
E?Z
?
E?Z
?
E?Z
?
1 2
E?Z ?1 ? E?Z ? E?Z ?1 ? E?Z
? sp
EZ??? ：原子序数为Z的原子所发射的??? 俄歇电子的能量；
Ez?， Ez? ，பைடு நூலகம்Ez? 都代表原子中的电子束缚能； Ez?— Ez? — Ez? 表示? 、? 、? 层的束缚能之差， 是主要的部分；
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.1 概述 3.5.2 俄歇电子能谱基本原理 3.5.2.1 俄歇电子发射 3.5.2.2 俄歇电子产率 3.5.2.3 俄歇电子命名 3.5.2.4 俄歇电子能量 3.5.3 俄歇电子能谱
3.5.4 俄歇电子能谱分析法的应用
3.5.5 俄歇电子能谱的特点和应用领域
?不同的化学环境，会使俄歇峰 位置移动，峰形发生变化 ，所以 俄歇峰包含丰富的化学信息——化学态分析
?如果用离子束溅射，逐渐剥离表面，还可以得到元素在深度方 向的分布——元素深度剖析
?电子束可以聚的非常细，偏转、扫描也容易，让一束聚的很细 的电子在样品表面扫描，就可以测得元素在表面上的分布 —— 微区分析