俄歇電子能譜 AES

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1、AugerelectronSpectroscopy(AES)俄歇電子譜材料表面成分和化學(xué)態(tài)測試技術(shù)一、概述二、原理三、分析技術(shù)四、實驗技術(shù)五、應(yīng)用1922(1925)法國科學(xué)家PierreAuger首先發(fā)現(xiàn)的,俄歇完成大學(xué)學(xué)習(xí)后加入物理化學(xué)實驗室在其準(zhǔn)備光電效應(yīng)論文實驗時首先發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象.30年后它被發(fā)展成一種研究原子和固體表面的有力工具P.Auger有幸長壽看到了他的發(fā)現(xiàn)的科學(xué)和技術(shù)影響一、概述1.俄歇電子：二、原理2、俄歇過程的標(biāo)記通常俄歇過程要求電離空穴與填充空穴的電子不在同一個主殼層內(nèi)即W≠X俄歇過程至少有兩個能級和三個電子

2、參與，所以氫原子和氦原子不能產(chǎn)生俄歇電子。(Z?3)孤立的鋰原子因最外層只有一個電子，也不能產(chǎn)生俄歇電子，但固體中因價電子是共用的，所以金屬鋰可以發(fā)生KVV型的俄歇躍遷。2、俄歇過程的標(biāo)記KLL表示初態(tài)空位在K層,L層電子越遷到K,剩余的能量將另一個L層上的電子激發(fā)出去KLMKMM基體效應(yīng):固體中的俄歇電子發(fā)射要復(fù)雜的多,原子和原子之間電子與原子之間的相互作用,俄歇信號的強度不僅與電離幾率和俄歇產(chǎn)額有關(guān)還與固體材料本身的性質(zhì)有關(guān)這就是所謂的基體效應(yīng),包括俄歇電子的逃逸深度,背散射因子,表面粗糙度等3、俄歇電子的強度X射線熒光過程和俄

3、歇過程發(fā)生的幾率隨原子序數(shù)變化K系列對于原子序數(shù)Z在3(Li)和13(Al)之間L系列對于原子序數(shù)Z在11(Na)和35(Br)之間M系列對于原子序數(shù)Z在19(K)和70(Yb)之間N系列對于原子序數(shù)Z在39(Y)和94(Pu)之間3、俄歇電子的強度俄歇幾率實驗表明同一系列中較強的俄歇峰WXY一般是XY主量子數(shù)相等同時XY主量子數(shù)比W大1的過程如KLLLMMMNNNOO等群在各自的系列中一般都比較強3、俄歇電子的強度4.俄歇過程中的能量關(guān)系：式中EKLL(Z)--原子序數(shù)為Z的原子的KLL躍遷過程的俄歇電子的動能,eV；EK(Z)-

4、-內(nèi)層K軌道能級的電離能,eV；EL1(Z)--外層L1軌道能級的電離能,eV；EL2(Z+?)--雙重電離態(tài)的L2軌道能級的電離能,eV；?s--譜儀的功函,eV。KLL俄歇過程所產(chǎn)生的俄歇電子能量可以用下面的方程表示：EKLL(Z)=EK(Z)-EL1(Z)-EL2(Z+?)-?s與XPS分析不同，俄歇電子激發(fā)時，內(nèi)層存在一個空殼層，狀態(tài)不同于基態(tài)原子，因此EK(Z)-EL1(Z)并不是該基態(tài)原子的結(jié)合能。俄歇電子的動能只與元素激發(fā)過程中涉及的原子軌道的能量及譜儀的功函有關(guān)，而與激發(fā)源的種類和能量無關(guān)4.俄歇過程中的能量關(guān)系：5

5、.俄歇電子譜的化學(xué)效應(yīng)：俄歇能譜中出現(xiàn)的化學(xué)效應(yīng)有如下三種:化學(xué)位移峰形狀的變化峰的低能側(cè)的形狀變化AES中可觀察到化學(xué)位移,但涉及到的三個電子中的每一個都可能與多重終態(tài)或弛豫效應(yīng)有關(guān)AES數(shù)據(jù)非常復(fù)雜,比XPS更難于解釋,所以AES并不象XPS那樣多地用于化學(xué)環(huán)境信息而是大量用于定量組分分析5.俄歇譜儀及性能：初級探針系統(tǒng)（電子光學(xué)系統(tǒng)）電子能量分析器（采用筒鏡系統(tǒng)）電子檢測器組成:性能指標(biāo):能量分辨率(0.3-1.2eV)信噪比檢測極限與XPS檢測限0.1~1%原子單層信息探測深度<5nm.三、俄歇電子譜分析技術(shù)直接譜微分譜1俄

6、歇譜微分譜，信噪比高便于識譜，用微分譜進(jìn)行分析時，一般以負(fù)峰能量值作為俄歇電子能量，用以識別元素（定性分析）以正負(fù)峰高度差代表俄歇峰強度，用于定量分析三、俄歇電子譜分析技術(shù)2、俄歇譜分析技術(shù)AES具有五個有用的特征量:特征能量;強度;峰位移;譜線寬;和線型由AES的這五方面特征可獲如下表面特征、化學(xué)組成、覆蓋度、鍵中的電荷轉(zhuǎn)移、電子態(tài)密度和表面鍵中的電子能級2、俄歇譜分析技術(shù)-I表面元素定性分析三、俄歇電子譜分析技術(shù)金剛石表面的Ti薄膜的俄歇定性分析譜俄歇峰主要集中在20～1200eVAES譜圖的橫坐標(biāo)為俄歇電子動能，縱坐標(biāo)為俄歇電

7、子計數(shù)的一次微分如圖中的CKLL表示碳原子的K層軌道的一個電子被激發(fā)，在退激發(fā)過程中，L層軌道的一個電子填充到K軌道，同時激發(fā)出L層上的另一個電子。這個電子就是被標(biāo)記為CKLL的俄歇電子。2、俄歇譜分析技術(shù)-I表面元素定性分析三、俄歇電子譜分析技術(shù)金剛石表面的Ti薄膜的俄歇定性分析譜由于俄歇躍遷過程涉及到多個能級，可以同時激發(fā)出多種俄歇電子，因此在AES譜圖上可以發(fā)現(xiàn)TiLMM俄歇躍遷有兩個峰元素周期表中由Li到U的絕大多數(shù)元素和一些典型化合物的俄歇積分譜和微分譜已匯編成標(biāo)準(zhǔn)AES手冊在與標(biāo)準(zhǔn)譜進(jìn)行對照時,除重疊現(xiàn)象外還需考慮以下情

8、況:(1)化學(xué)效應(yīng)或物理因素引起的峰位移或譜線形狀變化;(2)與大氣接觸或試樣表面被沾污而產(chǎn)生的峰。2、俄歇譜分析技術(shù)-I表面元素定性分析三、俄歇電子譜分析技術(shù)幾種元素單質(zhì)和氧化物的俄歇電子峰位變化2、俄歇譜分析技術(shù)-II表面元素半定