05俄歇电子能谱分析02.pptVIP

第五章 俄歇电子能谱分析 俄歇电子能谱可以分析除氢氦以外的所有元素 ，是有效的定性分析工具； 俄歇电子能谱具有非常灵敏的表面性，是最常用的表面分析手段，检测深度在0.5-2nm；检测极限约为10-3原子单层。 采用电子束作为激发源，具有很高的空间分辨率，最小可达到10nm。 可进行微区分析和深度分析，具有三维分析的特点。 要求是导体或半导体材料； 俄歇电子能谱提供的信息 表面元素的定性鉴定； 表面元素的半定量分析； 表面成份的微区分析； 元素的深度分布分析； 元素的二维分布分析； 元素的化学价态分析； 俄歇电子的产生——俄歇效应 当具有足够能量的粒子（光子、电子或离子）与一个原子碰撞时，原子内层轨道上的电子被激发出后，在原子的内层轨道上产生一个空穴，形成了激发态正离子。 例如X射线激发固体中的原子内层电子，原子在发射光电子的同时内层出现空位,此时原子处于激发态，将会以两种方式退激发： 发射特征X射线：原子内层(例如K层)出现空位，较外层 (例如L层)电子向内层辐射跃迁，发射荧光(二 次)X射线，h? = ?E = EL - EK。 在这激发态离子的退激发过程中，外层轨道的电子可以向该空穴跃迁并释放出能量，而该释放出的能量又可以激发同一轨道层或更外层轨道的电子使之电离而逃离样品表面，这种出射电子就是俄歇电子。 发射俄歇电子: 以K层出现空位为例，L层(如L2层)电子向K层跃迁，多余能量不以产生辐射的形式释放，而使L层上另一电子脱离原子发射出去，此电子即称为俄歇电子 显然，俄歇效应是一个无辐射跃迁过程 俄歇电子的能量和入射电子的能量无关，只依赖于原子的能级结构和俄歇电子发射前它所处的能级位置，大多在50-2000eV 。 俄歇电子的能量 对于孤立原子KL2L3俄歇电子能量EKL2L3取决于俄歇电子过程初态与终态的能量(电子结合能)之差，即 Ek：K层电子的能量； EL2：L2层电子的能量或L2层的激发能 EL3：L3层电子的能量或L3层的激发能 Ew：样品材料的逸出功，即样品内俄歇电子逸出表面所必须消耗的能量。对于大多数金属， Ew＝3.0-4.5eV，视不同材料而定。  俄歇谱一般具有两种形式，直接（积分）谱和微分谱； 直接谱即俄歇电子密度(电子数)N(E)对其能量E的分布[N(E)~E)。微分谱由直接谱微分而来，是dN(E)/dE对E的分布。 用微分谱进行分析时，一般以负峰能量值作为俄歇电子能量，用以识别元素(定性分析)，以峰—峰值(正负峰高度差)代表俄歇峰强度，用于定量分析。 5.3 俄歇电子能谱仪 真空系统 超高真空的获得 电子枪 能量分析器 离子枪 数据采集和处理系统 俄歇电子能谱的定性分析 俄歇电子能谱的定量分析 俄歇电子能谱的深度分析 俄歇电子能谱的微区分析 俄歇电子能谱的价态分析 1 定性分析 由于俄歇电子的能量仅与原子本身的轨道能级有关，与入射电子的能量无关，也就是说与激发源无关。 对于特定的元素及特定的俄歇跃迁过程，其俄歇电子的能量是特征的。由此，我们可以根据俄歇电子的动能用来定性分析样品表面物质的元素种类。 该定性分析方法可以适用于除氢、氦以外的所有元素，且由于每个元素会有多个俄歇峰，定性分析的准确度很高。 因此，AES技术是适用于对所有元素进行一次全分析的有效定性分析方法，这对于未知样品的定性鉴定是非常有效的。 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。 因为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。 而且因为元素的灵敏度因子不仅与元素种类有关还与元素在样品中的存在状态及仪器的状态有关，即使是相对含量不经校准也存在很大的误差。 3 俄歇深度剖析 AES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Ar离子束进行样品表面剥离的深度分析方法。 其分析原理是先用Ar离子把表面一定厚度的表面层溅射掉，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的分布。 4 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，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。 * 5.2 俄歇谱 直接谱与微分谱 5.4 俄歇电子能谱分析 2 半定量分析