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俄歇電子能譜法 AugerElectronicSpectrom 材料物理與化學(xué)研究中心侯亮亮 AES 俄歇效應(yīng)俄歇電子能譜儀俄歇電子能譜分析俄歇電子能譜法的應(yīng)用 一基本原理 1 俄歇電子的產(chǎn)生 俄歇效應(yīng)退激發(fā)過(guò)程的兩種方式發(fā)射特征x射線發(fā)射俄歇電子 2 俄歇電子的標(biāo)識(shí)與俄歇電子的能量圖2 10所示之俄歇電子標(biāo)識(shí)為kl2l3俄歇電子 kl2l3順序表示俄歇過(guò)程初態(tài)空位所在能級(jí) 向空位作無(wú)輻射躍遷電子原在能級(jí)及所發(fā)射電子原在能級(jí)的能級(jí)符號(hào) 對(duì)于孤立原子kl2l3俄歇電子能量 動(dòng)能 Ekl2l3取決于俄歇電子過(guò)程初態(tài)與終態(tài)能量 電子結(jié)合能 之差 即Ekl2l3 Ebk E bl2 E bl3 3 俄歇電子產(chǎn)額俄歇電子產(chǎn)額或俄歇躍遷幾率決定俄歇譜峰強(qiáng)度 直接關(guān)系到元素的定量分析 俄歇電子與特征x射線是兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)和競(jìng)爭(zhēng)的發(fā)射過(guò)程 對(duì)同一k層空穴 退激發(fā)過(guò)程中熒光x射線與俄歇電子的相對(duì)發(fā)射機(jī)率 即熒光產(chǎn)額 k 和俄歇電子產(chǎn)額 k 滿足 k 1 k 4 直接譜與微分譜直接譜即俄歇電子強(qiáng)度 密度或電子數(shù) N E 對(duì)其能量E的分布N E E 微分譜即dN E dE E 5 化學(xué)位移與伴峰原子化學(xué)環(huán)境變化 不僅可能引起俄歇峰的位移 稱化學(xué)位移 也可能引起其強(qiáng)度的變化 這兩種變化的交疊 則將引起俄歇譜 圖 形狀的變化 除化學(xué)環(huán)境變化引起俄歇譜 圖 變化外 由于俄歇電子逸出固體表面時(shí) 有可能產(chǎn)生不連續(xù)的能量損失 從而造成在主峰的低能端產(chǎn)生伴峰的現(xiàn)象 返回 二俄歇電子能譜儀 俄歇電子能譜儀包括以下幾個(gè)主要部分 電子槍能量分析器 RFA CMA 二次電子探測(cè)器 樣品 分析室濺射離子槍信號(hào)處理與記錄系統(tǒng)返回 三俄歇電子能譜分析 1 定性分析定性分析的任務(wù)是根據(jù)實(shí)測(cè)的直接譜 俄歇峰 或微分譜上的負(fù)峰的位置識(shí)別元素 方法是與標(biāo)準(zhǔn)譜進(jìn)行對(duì)比 定性分析的一般步驟 a 利用 主要俄歇電子能量譜 確定實(shí)測(cè)譜中最強(qiáng)峰可能對(duì)應(yīng)的幾種元素 b 實(shí)測(cè)譜與可能的幾種元素的標(biāo)準(zhǔn)譜對(duì)照 確定最強(qiáng)峰對(duì)應(yīng)元素 并表明屬于此元素的所有峰 c 反復(fù)重復(fù)上述步驟識(shí)別實(shí)測(cè)譜中尚未標(biāo)識(shí)的其余峰 2 定量分析因?yàn)橛绊懚硇盘?hào)強(qiáng)弱的因素很多 俄歇能譜的定量分析比較復(fù)雜 因此 俄歇能譜分析精度較低 基本是半定量的水平 俄歇電子計(jì)數(shù)率 IA 與單位體積中原子數(shù) N 的關(guān)系可用下述簡(jiǎn)化式表示IA G 1 r IpN e 1 W Ep EW G 與實(shí)驗(yàn)裝置有關(guān)的儀器因子r 被散射因子Ip 入射電子束流強(qiáng)度 e 俄歇電子在固體中的非彈性散射平均自由程 w W空穴的熒光X射線產(chǎn)額 Ep EW 能量為Ep的入射電子對(duì)EW能級(jí)的電離幾率 相對(duì)靈敏度法分析依據(jù)為Gx Ix Sx Ia Sa Gx 待測(cè)元素 x 的原子質(zhì)量分?jǐn)?shù)Ia 元素 a 的俄歇電子 主峰 強(qiáng)度 a代表樣品中各種元素Sa 元素 a 的相對(duì)靈敏度因子 即Ia與銀元素俄歇信號(hào) 主峰 強(qiáng)度 IAg 的相對(duì)比值返回 四 俄歇電子能譜法的應(yīng)用 應(yīng)用 a 材料表面偏析 表面雜質(zhì)分布 晶界元素分析 b 金屬 半導(dǎo)體 復(fù)合材料等界面研究 c 薄膜 多層膜生長(zhǎng)機(jī)理的研究 d 表面的力學(xué)性質(zhì) e 表面化學(xué)過(guò)程研究 f 集成電路摻雜的三維微區(qū)分析 g 固體表面吸附 清潔度 沾染物鑒定等 局限性 a 不能分析氫和氦元素 b 定量分析準(zhǔn)確度不高 c 對(duì)多數(shù)元素的探測(cè)靈敏度為原子摩爾分?jǐn)?shù)0 1 1 0 d