电子能谱分析法
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(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。 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。
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。
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
第一节 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
光谱分析中已描述了原子中的电子跃迁及其俄歇电子的发射过程。 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
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。
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
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
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；
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。
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。
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。
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)研究； ⑤表面化学过程(如腐蚀、钝化、催化、晶间腐蚀、氢脆、氧化等)研
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。
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)
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]。
图2-11 俄歇电子能谱示例 (银原子的俄歇能谱)
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。
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 图13-1 俄歇电子产额与原子序数的关系
荧光产额(K)和俄歇电子产额
( K)满足
K =1－K
(13-1)
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。
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： 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。
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。
图13-5 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：
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107~10-8Pa的超高真空分析室中。
图13-3 俄歇谱仪示意图
Hale Waihona Puke Baidu 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
化学位移示例
图13-2 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。
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。
(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。 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。
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。
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
第一节 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
光谱分析中已描述了原子中的电子跃迁及其俄歇电子的发射过程。 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
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。
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
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
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；
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。
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。
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。
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)研究； ⑤表面化学过程(如腐蚀、钝化、催化、晶间腐蚀、氢脆、氧化等)研
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。
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)
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]。
图2-11 俄歇电子能谱示例 (银原子的俄歇能谱)
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。
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 图13-1 俄歇电子产额与原子序数的关系
荧光产额(K)和俄歇电子产额
( K)满足
K =1－K
(13-1)
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。
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： 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。
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。
图13-5 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：
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107~10-8Pa的超高真空分析室中。
图13-3 俄歇谱仪示意图
Hale Waihona Puke Baidu 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
化学位移示例
图13-2 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。
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。