第十三章俄歇电子能谱.ppt

第十三章 俄歇电子能谱 第十三章 俄歇电子能谱 1. 发展概况 2. 俄歇过程理论 3. 俄歇电子谱仪 4. 俄歇电子能谱的分析 5. 俄歇电子能谱的应用 1. 发展概况 1925年，俄歇(Auger)在Wilson云室内首次观察到俄歇电子的轨迹； 1953年，Lander从二次电子能量分布曲线中第一次辨认出俄歇电子谱线，并指出它有可能应用于表面分析，但是由于俄歇谱线强度很低，较长一段时间内没有得到实际应用； 1967年，Harris采用电子能量分布微分法，使俄歇峰同本底区分开来，从此俄歇AES成为一种有效地表面分析方法； 1969年，圆筒镜型电子能量分析器应用于俄歇谱仪，进一步改善了仪器的分辨率、灵敏度和分析速度。 第十三章 俄歇电子能谱 1. 发展概况 2. 俄歇过程理论 3. 俄歇电子谱仪 4. 俄歇电子能谱的分析 5. 俄歇电子能谱的应用 2. 俄歇过程理论 2.1 俄歇电子的能量 2.2 俄歇电子的强度 2.1 俄歇电子的能量 2.2 俄歇电子的强度 (1) 内壳层产生空位 用电离截面来表示原子与外来粒子相互 作用时发生电子跃迁产生空穴的几率。 EP入射电子的能量 EW是W能级电子的电离能 U = Ep / EW 当U为2.7时，即激发源的能量为电离能的 2.7倍时，才能获得最大的电离截面和俄歇 电子强度。 2.2 俄歇电子的强度 (2) 发生俄歇跃迁 电离原子去激发的两种方式：荧光过程、俄歇过程 发生荧光过程的几率为Px，发生俄歇过程的几率为Pa，则：Px + Pa = 1 2.2 俄歇电子的强度 (3) 俄歇电子从产生处传输到表面，从固体表面逸出。 俄歇电子从产生处向表面输运，可能会遭到弹性散射或非弹性散射，方向会发生变化，能量会受到损失。 用来进行分析的俄歇电子，应当是能量无损地输运到表面的电子，因而只能是在深度很浅处产生的，这就是用俄歇谱能进行表面分析的原因。 第十三章 俄歇电子能谱 1. 发展概况 2. 俄歇过程理论 3. 俄歇电子谱仪 4. 俄歇电子能谱的分析 5. 俄歇电子能谱的应用 3. 俄歇电子谱仪 初级探针系统 能量分析系统 测量系统 3.1 初级探针系统 电子光学系统的作用是为能谱分析提供电子源，它的主要指标是入射电子束能量，束流强度与束直径三个指标。 (1) 电子能量: 要产生俄歇电子首先要使内壳层的电子电离,求初级电子束具有一定的能量。初级电子束的能量，一般取初始电离能的3~4倍，应按俄歇电子能量不同而变化。 (2) 电子束流: 探测灵敏度取决于束流强度。 (3) 束斑直径: AES分析的空间分辨率基本上取决于入射电子束的最小束斑直径。 这两个指标通常有些矛盾，因为束径变小将使束流显著下降，因此一般需要折中。电子束流不能过大。束流过大会对样品表面造成伤害。另外电子束流大，束斑直径也大。 3.2 能量分析器及信号检测系统 AES的能量分析系统一般采用筒镜分析器(CMA)：两个同心的圆筒。样品和内筒同时接地，在外筒上施加一个负的偏转电压，内筒上开有圆环状的电子入口和出口。 激发电子枪放在镜筒分析器的内腔中，也可以放在镜筒分析器外。 俄歇电子从入口位置进入两圆筒夹层，因外筒加有偏转电压，最后使电子从出口进入检测器。若连续地改变外筒上的偏转电压，就可在检测器上依次接收到具有不同能量的俄歇电子。 从能量分析器输出的电子经电子倍增器、前置放大器后进入脉冲计数器，最后由X-Y记录仪或荧光屏显示俄歇谱—俄歇电子数目N随电子能量E的分布曲线。 微分法 俄歇谱图的形式 3.3 俄歇谱仪的分辨率和灵敏度 谱仪的能量分辨率由CMA决定，通常CMA的分辨率0.5 %，E一般为1000~2000 eV，所以ΔE约为5~10 eV。 谱仪的空间分辨率与电子束的最小束斑直径有关。目前一般商品扫描俄歇的最小束斑直径小于50 nm。采用场发射俄歇电子枪束斑直径可以小于6 nm。 检测极限(灵敏度)。由于俄歇谱存在很强的本底，它的散射噪音限制了检测极限，一般认为俄歇谱仪典型的检测极限为1000 ppm，即0.1 %。 俄歇电子能谱的特点 第十三章 俄歇电子能谱 1. 发展概况 2. 俄歇过程理论 3. 俄歇电子谱仪 4. 俄歇电子能谱的分析 5. 俄歇电子能谱的应用 4.1 俄歇电子能谱的定性分析 4.2 表面元素的半定量分析 从样品表面出射的俄歇电子的强度与样品中该原子的浓度有线性关系，因此可以利用这一特征进行元素的半定量分析。 俄歇电子的强度不仅与原子的多少有关，还与俄歇电子的逃逸深度、样品的表面光洁度，元素存在的化学状态以及仪器的状态有关。因此，AES技术一般不能给出所分析元素的绝对含量，仅能提供元素的相对含量。 最常用和实用的方法是相对灵敏度因子法。该方法的