俄歇電子能譜簡介

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1、俄歇電子能譜簡介摘要：本文介紹了俄歇電子的產(chǎn)生、表示、俄歇電子的過程和能量、樣品制備技術(shù)、以及俄歇電子能譜儀的應(yīng)用。由此得出俄歇電子能譜儀在材料表面性質(zhì)研究方面,有著不可替代的作用。關(guān)鍵詞：俄歇電子；俄歇電子能譜儀；樣品制備；應(yīng)用俄歇過程是法國科學(xué)家PierreAuger首先發(fā)現(xiàn)的。1922年俄歇完成大學(xué)學(xué)習(xí)后加入物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室在其準(zhǔn)備光電效應(yīng)論文實(shí)驗(yàn)時首先發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象，幾個月后，于1923年他發(fā)表了對這一現(xiàn)象（其后以他的名字命名）的首次描述。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。盡管從理論上仍然有許多工作要做，然而俄歇電子能譜現(xiàn)已被證明在許多領(lǐng)域是非常富有成果的

2、，如基礎(chǔ)物理（原子、分子、碰撞過程的研究）或基礎(chǔ)和應(yīng)用表面科學(xué)。1.俄歇電子的產(chǎn)生原子在載能粒子（電子、離子或中性粒子）或X射線的照射下，內(nèi)層電子可能獲得足夠的能量而電離，并留下空穴（受激）。當(dāng)外層電子躍入內(nèi)層空位時，將釋放多余的能量（退激）釋放的方式可以是：發(fā)射X射線（輻射躍遷退激方式）；發(fā)射第三個電子─俄歇電子（俄歇躍遷退激方式）。如下圖：例如，原子中一個K層電子被入射光量子擊出后，L層一個電子躍入K層填補(bǔ)空位，此時多余的能量不以輻射X光量子的方式放出，而是另一個L層電子獲得能量躍出吸收體，這樣的一個K層空位被兩個L層空位代替的過程稱為俄歇效應(yīng)，躍出的L層電子稱為俄歇電子[

3、1]。在上述躍遷過程中一個電子能量的降低，伴隨另一個電子能量的增高，這個躍遷過程就是俄歇效應(yīng)。從上述過程可以看出，至少有兩個能級和三個電子參與俄歇過程，所以氫原子和氦原子不能產(chǎn)生俄歇電子。同樣孤立的鋰原子因?yàn)樽钔鈱又挥幸粋€電子，也不能產(chǎn)生俄歇電子。但是在固體中價電子是共用的，所以在各種含鋰化合物中也可以看到從鋰發(fā)生的俄歇電子。俄歇電子的動能取決于元素的種類。2.俄歇電子的表示每一俄歇電子的發(fā)射都涉及3個電子能級，故常以三殼層符號并列表示俄歇躍遷和俄歇電子。如KL1L1，L1M1M1，L2,3VV，如下圖：3.俄歇過程和俄歇電子能量WXY躍遷產(chǎn)生的俄歇電子的動能可近似地用經(jīng)驗(yàn)公式

4、估算，即：EWXY=EW—EX—EY,如下圖（WXY俄歇過程示意圖）：4.俄歇電子能譜顯然，俄歇電子與特征X射線一樣，其能量與入射粒子無關(guān)，而僅僅取決于受激原子核外能級，所以，根據(jù)莫塞萊定律，可以利用此信號所攜帶的能量特征和信號強(qiáng)度，對試樣進(jìn)行元素組成的定性定量分析。俄歇電子能譜儀(AES)就是建立在電子技術(shù)、弱信號檢測技術(shù)和超高真空技術(shù)基礎(chǔ)上的一種研究材料表面組成元素的新型分析儀器。俄歇電子能譜儀，就是根據(jù)分析俄歇電子的基本特性所得到材料有關(guān)表層化學(xué)成分的定性或定量信息的儀器。主要應(yīng)用于表層輕微元素分析。今年來，由于超高真空和能譜檢測技術(shù)的發(fā)展，俄歇譜儀作為一種極為有效的表面

5、分析工具，為探索和澄清許多涉及表面現(xiàn)象的理論和工藝問題，做出了十分可貴的貢獻(xiàn)，日益受到人們的普遍重視[2]。AES有很多優(yōu)點(diǎn)如下：（1）在距表面0.5~2nm范圍內(nèi)，靈敏度高、分析速度快；（2）能探測周期表上He以后的所有元素；（3）對于輕元素C、O、N、S、P等有較高的分析靈敏度；（4）可進(jìn)行成分的深度剖析或薄膜及界面分析。5.樣品制備技術(shù)俄歇電子能譜儀對分析樣品有特定的要求，在通常情況下只能分析固體導(dǎo)電樣品。經(jīng)過特殊處理，絕緣體固體也可以進(jìn)行分析。粉體樣品原則上不能進(jìn)行俄歇電子能譜分析，但經(jīng)特殊制樣處理也可以進(jìn)行分析[3]。由于涉及到樣品在真空中的傳遞和放置，所以待分析樣品

6、一般都需要經(jīng)過一定的預(yù)處理。5.1.樣品的尺寸在實(shí)驗(yàn)過程中，樣品必須通過傳遞桿，穿過超高真空隔離閥，送到樣品分析室，所以樣品的尺寸必須符合一定規(guī)范，以利于真空系統(tǒng)的快速進(jìn)樣。塊狀樣品和薄膜樣品，長寬最好小于10mm，高度小于5mm。體積較大的樣品，必須通過適當(dāng)方法制備成大小合適的樣品。5.2.粉末樣品的處理粉體樣品有兩種常用的制樣方法：一是用導(dǎo)電膠帶直接把粉體固定在樣品臺上[4]，一是把粉體樣品壓成薄片，然后再固定在樣品臺上[5]。5.3.揮發(fā)性樣品的處理對于含有揮發(fā)性物質(zhì)的樣品，在樣品進(jìn)入真空系統(tǒng)前必須清除揮發(fā)性物質(zhì)。一般可以對樣品進(jìn)行加熱或用溶劑清洗。對含有油性物質(zhì)的樣品，

7、一般依次用正己烷、丙酮和乙醇超聲清洗[6]，然后紅外烘干，才可以進(jìn)入真空系統(tǒng)。5.4.表面污染樣品的處理對于表面有油等有機(jī)物污染的樣品，在進(jìn)入真空系統(tǒng)前，必須用油溶性溶劑，如環(huán)己烷，丙酮等清洗樣品表面的油污，最后再用乙醇洗去有機(jī)溶劑。為了保證樣品表面不被氧化，一般采用自然干燥[7]。有些樣品可以進(jìn)行表面打磨等處理。6.俄歇電子能譜儀的應(yīng)用俄歇電子能譜可以用來研究固體表面的能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度等。俄歇電子能譜還常用來研究表面的物理化學(xué)性質(zhì)的變化。如表面吸附、脫附以及表面化學(xué)反應(yīng)。在材料科學(xué)領(lǐng)域，俄