第四节 俄歇电子谱.ppt

第四章　俄歇电子谱 1.Cr热处理后表面富集 2. Cr氧化 3.Cr、Ni可以扩散至Si基体内;Si不容易扩散到合金中 AES谱仪结构示意图 ESCALAB MK II电子能谱仪 扫描俄歇电子能谱(SAM) X射线光电子能谱(XPS) 紫外光电子能谱(UPS) 配备 附件 结构 由半径分别为a和b、长度为L的两同轴内外套筒组成，La、b，从而可忽略筒两端部的电场畸变，距内筒两端l1和l2（l1=l2=l）处有一供Auger电子入射和出射的狭缝（图中P和Q处），筒长L=l1+L1+l2=L1+2l。外筒加一可调负偏压（-VP），内筒良好接地。电子枪置于内筒内 二、筒镜能量分析器 -VP 试 样 光 电 倍增管 rm a A B P l1 l2 L1 Q b 筒镜能量分析器结构示意图 工作原理 筒镜内筒接地，外筒加一可调负偏压（-VP），因La、b，因此在内外筒间隙中产生一个电场强度为Er的径向电场，并有： 当Auger电子从试样表面以初速?0、出射角?从内筒狭缝P处入射进入内、外筒间隙时，立即受到Er电场作用，其运动方程为： 经变形，可以改写为： 积分后得： 当r=ra时，光电子刚刚到达内筒狭缝入口处P，其速度为?0 当r=rm时，光电子被抛射到径向最高点，这时，电子在水平方向运动距离为l+L1/2=L/2 从图的几何关系可以得到： 因为： 有： 所以，得到： 式中，?、a、b是仪器常数， ，当调制电压VP给定，K也给定 可见，试样中激发出的Auger电子动能不同，在给定VP值下，因其?0不同将被抛射到不同距离（L值不同）。因而可以从L值的大小求得Auger电子的?0或动能EWXY，从而实现成分分析 但是，因改变L值在仪器结构设计上要麻烦些。实际应用上，是把L值固定，通过改变调制负偏压（-VP）值，来直接测量Auger电子能量，可方便、直接地实现能量分析 显然，筒镜分析器结构和几何参数对其工作性能、质量十分重要，一般仪器的参数：?=42.307o；rm=1.8a；L=6.12a Auger电子经过筒镜分析器可把不同能量（动能）的Auger电子进行能量展谱，逐一输入光电倍增管接收并分别存贮、累计，供数据处理用 然而，由于Auger电子动能极小，一般其累计总强度仅10-12A量级，而叠加在一起的二次电子强度很大，即自试样激发出的Auger电子的信/噪比很小，一般的放大器是不适用的。因为在对弱信号放大的同时，背景也放大了，因此要应用锁相放大技术 Auger电子动能很小，总强度很弱，为提高其灵敏度，必须从很强的背底（二次电子）中，把所叠加的微弱Auger电子信号检出，并加以放大。1967年，开始采用的锁相放大器正是为了解决这类弱信号的放大问题 锁相放大器的工作原理：用信号发生器发出一个具有一定频率的小信号，与输入相敏检波器的待测信号进行比较，凡是与输入频率不同的均被除去，而相同的则转为直流电压输入X-Y仪的Y轴。也就是说，在频率和相位“锁定”状态下，将淹没在噪声中的弱信号检测出来加以放大 具体方法：在能量分析器的直流调制偏压（-VP）上，叠加一个交流扰动电压?V（?V=Ksin?t，?=5?10Hz，K=5V），这样，使输出的信号强度IV受到一个交流小信号的调制，即IV?IV+?V 三、锁相放大器与微分装置 因?V很小，可用泰勒级数展开： 整理后得到： 因为K很小，略去K3以上的高次项，得到： 表明，经?V调制后，能量分析器输出信号中的基频?和倍频2?、3?、····分量的幅值大小，分别比例于电子能量分布曲线上的一次、二次微商值 、 、 、···· 锁相放大器的作用：将通过能量分析器后进入电子倍增管接收的信号输入放大器的同时，也把调制信号?V的基频或二倍频、三倍频（?、2?、3?、····）送入放大器作参比信号，经同步相敏检波后，放大器输出直流电平便比例于电子能谱中与参比信号同频率的基波或谐波分量（即比例于 、 、····），而把强大的背底IE及其它分量除去，大大提高信/噪比及其灵敏度 各元素的电子结合能 各元素的Auger电子能量 AES的主要功能： 可研究纳米尺寸（0.5~2nm，衰减长度）表面、界面的组成、状态 可检测Z?3的所有元素，且对轻元素灵敏度高 可作0、一、二、三维分布研究 可作状态研究 可结合SEM进行形貌研究（扫描AES） 可结合LEED进行二维点阵结构、缺陷研究 AES是对纳米尺寸进