俄歇电子能谱.ppt

俄歇电子能谱（俄歇电子能谱（AES）简介）简介15Ø引言引言ØAES原理原理 Ø俄歇电子能谱仪俄歇电子能谱仪ØAES应用应用ØAES应用的优缺点应用的优缺点2引言引言5 俄歇过程是法国科学家俄歇过程是法国科学家Pierre Auger首先发现的首先发现的1922年俄歇完成大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，于现这一现象几个月后，于1923年他发表了对这一现象年他发表了对这一现象(其后以他的名其后以他的名字命名字命名)的首次描述的首次描述 1952年舒沃茨教授推出了用于超真空技术的离子泵，为俄歇电子能谱年舒沃茨教授推出了用于超真空技术的离子泵，为俄歇电子能谱学的创立开辟了道路学的创立开辟了道路 1953年兰德博士在他的实验室里观察到了二次电子能谱的峰值，并将年兰德博士在他的实验室里观察到了二次电子能谱的峰值，并将这些峰确定为俄歇跃迁这些峰确定为俄歇跃迁 1967年，哈里斯提出了在相敏检波中采用扇形静电分析仪并于年，哈里斯提出了在相敏检波中采用扇形静电分析仪。

并于1968年正式发表在年正式发表在《《应用物理应用物理》》上，俄歇电子能谱学从此诞生了并发展上，俄歇电子能谱学从此诞生了并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P. Auger有幸长寿看到了他的发现的科学和技术影响有幸长寿看到了他的发现的科学和技术影响3AES原理原理5 俄歇电子能谱法是用具有一定能量的电子俄歇电子能谱法是用具有一定能量的电子束束(或或X射线射线)激发样品俄歇效应，通过检测俄激发样品俄歇效应，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面化学成分和结构的信息的方法 4原子外层电子结构原子外层电子结构55AES原理原理5俄歇电子：俄歇电子：处于基态的原子若用光子或电子冲击激发使内层电子电离后就在原子处于基态的原子若用光子或电子冲击激发使内层电子电离后就在原子的芯能级上产生一个空穴，从能量上看是不稳定的，并发生弛豫，的芯能级上产生一个空穴，从能量上看是不稳定的，并发生弛豫，K空穴被高能态空穴被高能态L1的的一个电子填充，剩余的能量一个电子填充，剩余的能量(Ek—El)用于释放一个电子即俄歇电子。

用于释放一个电子即俄歇电子6AES原理原理5俄歇电子能量：俄歇电子能量： 首先考虑孤立原子，设原子序数为首先考虑孤立原子，设原子序数为Z，， 俄歇跃迁为俄歇跃迁为WXY 根据俄根据俄歇过程从能量上看歇过程从能量上看WXY俄歇电子能量俄歇电子能量(动能动能):对从固体中发射的俄歇电子能量，如果俄歇过程不涉及价带，只需考对从固体中发射的俄歇电子能量，如果俄歇过程不涉及价带，只需考虑俄歇电子必须克服逸出功才能逸出就行了所以俄歇电子能量虑俄歇电子必须克服逸出功才能逸出就行了所以俄歇电子能量7AES俄歇电子能谱仪俄歇电子能谱仪58AES工作原理工作原理5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9AES应用应用5AES具有五个有用的特征量：特征能量、强度、峰位移、谱线宽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采用俄歇电子能谱可得到的信号种类和知识10AES应用应用---表面元素定性鉴定表面元素定性鉴定5这是一种最常规的分析方法，也是俄歇电子能谱最早的应用之一一般利用俄歇能这是一种最常规的分析方法，也是俄歇电子能谱最早的应用之一一般利用俄歇能谱仪的宽扫描程序谱仪的宽扫描程序, 收集从收集从20～～1700 eV动能区域的俄歇谱为了增加谱图的信动能区域的俄歇谱为了增加谱图的信背比，通常采用微分谱来进行定性鉴定在分析俄歇能谱图时，必须考虑荷电背比，通常采用微分谱来进行定性鉴定在分析俄歇能谱图时，必须考虑荷电位移问题一般来说，金属和半导体样品几乎不会荷电，因此不用校准但对位移问题一般来说，金属和半导体样品几乎不会荷电，因此不用校准但对于绝缘体薄膜样品，有时必须进行校准，以于绝缘体薄膜样品，有时必须进行校准，以C 的的KLL峰的俄歇动能为峰的俄歇动能为278.0 eV作为基准作为基准 11各元素的俄歇能量K系列对于原子序数系列对于原子序数Z在在3(Li)和和13(Al)之间之间L系列对于原子序数系列对于原子序数Z在在11(Na)和和35(Br)之间之间M系列对于原子序数系列对于原子序数Z在在19(K)和和70(Yb)之间之间N系列对于原子序数系列对于原子序数Z在在39(Y)和和94(Pu)之间之间12AES应用应用---表面元素的半定量分析表面元素的半定量分析首先应当明确的是首先应当明确的是AES不是一种很好的定量分析方法。

它给出的仅是一不是一种很好的定量分析方法它给出的仅是一种半定量的分析结果，即相对含量而不是绝对含量由种半定量的分析结果，即相对含量而不是绝对含量由AES提供的定量提供的定量数据是以原子百分比含量表示的，而不是我们平常所使用的重量百分比数据是以原子百分比含量表示的，而不是我们平常所使用的重量百分比这种比例关系可以通过下列公式换算：这种比例关系可以通过下列公式换算： 13AES应用应用---表面元素的化学价态分析表面元素的化学价态分析表面元素化学价态分析是表面元素化学价态分析是AES分析的一种重要功能分析的一种重要功能俄歇电子能谱的化学位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14AES应用应用---元素沿深度方向的分布分析元素沿深度方向的分布分析AES的深度分析功能是俄歇电子能谱最有用的分析功能的深度分析功能是俄歇电子能谱最有用的分析功能一般采用一般采用Ar离子离子剥离样品表面的深度分析的方法该方法是一种破坏性分析方法，会引起表面晶格的损伤，剥离样品表面的深度分析的方法该方法是一种破坏性分析方法，会引起表面晶格的损伤，择优溅射和表面原子混合等现象其分析原理是先用择优溅射和表面原子混合等现象其分析原理是先用Ar离子把表面一定厚度的表面层溅射离子把表面一定厚度的表面层溅射掉，然后再用掉，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15AES应用应用---微区分析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，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面 Ag-Au合金超薄膜在合金超薄膜在Si(111)面单晶硅上的电迁移后的样品表面的面单晶硅上的电迁移后的样品表面的Ag和和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，虽然度从图上可见，虽然Ag和和Au元素的分布结构大致相同，但可见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已向左端进行了较大规模的扩散这表明Ag和和Au在电场作用下的在电场作用下的扩散过程是不一样的扩散过程是不一样的16Ø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(电子平均自由程电子平均自由程)对于能量为对于能量为50eV~2keV范围内的俄歇电子，逸出深度为范围内的俄歇电子，逸出深度为0.4~2nm。

深度分辨率约深度分辨率约为为1nm，横向分辨率取决于入射束斑大小横向分辨率取决于入射束斑大小②可分析除可分析除H、、He以外的各种元素以外的各种元素③对于轻元素对于轻元素C、、O、、N、、S、、P等有较高的分析灵敏度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可进行成分的深度剖析或薄膜及界面分析Ø局限性①不能分析氢和氦元素；不能分析氢和氦元素；②定量分析的准确度不高；定量分析的准确度不高；③对多数元素的探测灵敏度为原子摩尔分数对多数元素的探测灵敏度为原子摩尔分数0.1%~1.0%；；④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；用；⑤对样品要求高，表面必须清洁对样品要求高，表面必须清洁(最好光滑最好光滑)等AES应用的优缺点应用的优缺点1718。