現(xiàn)代分析技術(shù)：5-俄歇電子能譜

1、俄歇電子能譜Auger Electron Spectroscopy (AES,俄歇電子能譜 (AES,AES基本原理 定性及定量分析方法 俄歇譜儀主要部件,一、AES基本原理,1、俄歇效應(yīng) 2、俄歇電子能量 3、俄歇電流 4、俄歇電流表達(dá)式,1、俄歇效應(yīng),入射電子,內(nèi)層電子,特征X射線,采用高能電子轟擊樣品原子，使某一內(nèi)層電子電離而形成空位（激發(fā)態(tài)） 去激發(fā)態(tài)的方式：一個(gè)外層電子填充該空位 輻射躍遷：發(fā)出特征電磁波 俄歇躍遷：使另外一個(gè)外層電子（俄歇電子）電離發(fā)射,填充電子,俄歇電子,真空能級(jí),Auger躍遷的標(biāo)記,Auger躍遷用WiXpYq來(lái)表示,入射電子,Wi：內(nèi)層電子能級(jí),Xp：填充電

2、子能級(jí),Yq：俄歇電子能級(jí),真空能級(jí),輻射躍遷與Auger躍遷標(biāo)記舉例,K1 輻射躍遷： 初態(tài)空位在K能級(jí)，L3能級(jí)上的一個(gè)電子向下躍遷填充K空位，激發(fā)出K1 電磁輻射,KL1L3 Auger 躍遷： 初態(tài)空位在K能級(jí)，L1能級(jí)上的一個(gè)電子向下躍遷填充K空位，同時(shí)激發(fā)L3上的一個(gè)電子發(fā)射出去,俄歇躍遷的特點(diǎn),三電子過(guò)程 填充一個(gè)電子空位 產(chǎn)生兩個(gè)電子空位 H 和 He無(wú)法產(chǎn)生俄歇躍遷 AES無(wú)法分析H、He,Wi,Xp,Yq,真空能級(jí),2、俄歇電子能量,Xp-Wi 0-Yq 充填空位的電子在弛豫過(guò)程中釋放的能量發(fā)射電子的束縛能 俄歇電子能量 EA=Xp-Wi-(0-Yq) =Xp+Yq-Wi

3、Xp, Yq, Wi只由樣品原子本身的電子能級(jí)決定 俄歇電子能量EA是識(shí)別元素的重要依據(jù),高能電子,Wi,Xp,Yq,真空能級(jí),俄歇電子主峰能量圖,俄歇譜儀根據(jù)俄歇電子能量來(lái)識(shí)別元素。 實(shí)際應(yīng)用中俄歇電子能量通過(guò)Auger電子能譜手冊(cè)查找 Perkin-Elmer公司的Auger電子能譜手冊(cè)，給出了各種原子不同系列的Auger電子能量譜峰位置,俄歇電子主峰特點(diǎn),俄歇電子的能量在50 2500 eV，且不隨入射電子能量改變 一種原子可產(chǎn)生幾組不同能級(jí)組合的俄歇躍遷，存在若干具有不同特征能量的俄歇電子 原子的電子殼層數(shù)越大，可能出現(xiàn)的俄歇躍遷數(shù)越多,3、俄歇電流,俄歇電流的大小，即俄歇峰所包含的電

4、子數(shù)，表示所含元素原子的多少 影響俄歇電流的物理過(guò)程： 入射電子束轟擊樣品，使樣品某個(gè)區(qū)域的內(nèi)層電子電離 電離區(qū)域原子發(fā)生俄歇躍遷 俄歇電子輸運(yùn)到表面 俄歇電子從表面逸出,入射電子束,樣品,電離過(guò)程的物理參數(shù),電子碰撞電離截面 QW 假設(shè)入射電子與樣品原子單次碰撞 內(nèi)層電子被散射電離 QW：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，散射到單位立體角中的內(nèi)層電子數(shù)與通過(guò)垂直入射方向上的單位面積的入射電子數(shù)之比。 QW= f(U) EW-1 U = EP/EW EP: 入射電子能量 EW：W能級(jí)電離能 不同近似條件下公式f(U)的形式略有區(qū)別，但變化趨勢(shì)基本，即在U3處有一最大值,電離過(guò)程的物理參數(shù),背散射增強(qiáng)因子B 入射電子

5、和樣品原子發(fā)生多次碰撞（散射） 只要散射電子能量大于EW，就能使原子激發(fā)，產(chǎn)生俄歇過(guò)程 B：背向散射增強(qiáng)因子 表示多次散射對(duì)俄歇電流的增強(qiáng)效果 B隨 U=EP/EW 的增加而增大，并隨原子序數(shù) Z 增加而增大,入射電子束,樣品,B與原子序數(shù)的關(guān)系,俄歇躍遷的物理參數(shù),俄歇躍遷幾率PA 輻射躍遷幾率PR PA+ PR= 1 AES采用PR小的譜線 熒光幾率與原子序數(shù)Z 對(duì)于Z 15，采用 K 系列，熒光 (俄歇)幾率很小 (大,初態(tài)在K層,俄歇幾率、輻射熒光幾率與原子序數(shù)的關(guān)系,俄歇系列的選取,熒光幾率隨束縛能的增大而增大，而束縛能隨殼層由內(nèi)向外逐漸減小 選取適合系列，退激發(fā)過(guò)程可認(rèn)為僅有俄歇過(guò)

6、程 隨著原子序數(shù)的增加，采用K, L, M系列，熒光幾率可保持較小值 15 Z 41，采用 L 系列,俄歇幾率、熒光幾率與原子序數(shù)的關(guān)系,逸出過(guò)程的物理參數(shù),俄歇電子逸出深度 N = N0e-z/ N0：產(chǎn)生的俄歇電子個(gè)數(shù) z：俄歇電子距表面的深度 ：俄歇電子經(jīng)受非彈性散射的平均距離 俄歇電子逸出深度 與元素種類近似無(wú)關(guān) 與俄歇電子能量有關(guān) 在75100eV有一最小值 在1002000eV高能段E1/2,逸出深度 (X射線Vs俄歇電子,逸出過(guò)程的物理參數(shù),表面粗糙度因子 R 粗糙表面，電子逸出后有可能被固體表面重新俘獲 探測(cè)器接收效率T 對(duì)于逸出固體表面的俄歇電子，探測(cè)器（能量分析器）只能探測(cè)

7、到接收角的部分 俄歇電子輻射為各向同性， T=/4,Ip：入射電子束流 ni：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)元素 i 的原子數(shù) QW：電離截面 PWXY：WiXpYq俄歇躍遷幾率 T：能量分析器的傳輸率 (檢測(cè)器的檢測(cè)效率) z：俄歇電子到表面的垂直距離 ：俄歇電子逸出深度 B：背散射增強(qiáng)因子 R：表面粗糙因子 ：電子束入射角,4、俄歇電流表達(dá)式,俄歇電流表達(dá)式的物理意義,俄歇電流與元素 i 的原子密度ni成正比。 距表面z處，dz深度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的俄歇電子中，只有能量無(wú)損地輸運(yùn)到表面、并且處于探測(cè)器接收角度范圍內(nèi)的那部分俄歇電子，才能對(duì)檢測(cè)到的俄歇電流有貢獻(xiàn)。 樣品的表面粗糙度、背散射因子對(duì)俄歇電流大小由直接的

8、影響,俄歇電流表達(dá)式的近似,由于俄歇電子的逸出深度很小，故假定在表面作用區(qū)域范圍內(nèi) Ep 和 Ip 保持不變，且單位體積內(nèi)元素 i 的原子數(shù) ni 在此區(qū)域內(nèi)為常數(shù) 俄歇電子輻射為各向同性，能量分析器所接收的俄歇電子占各方向總數(shù)的 /4 ，近似等于能量分析器的傳輸率 T,俄歇電子能譜的特點(diǎn),是一種重要的材料表面成分分析技術(shù) 可分析除氫氦以外的所有元素 ，是有效的定性分析工具。 具有非常靈敏的表面性，檢測(cè)深度在0.51nm。 采用電子束作為激發(fā)源，具有較高的空間分辨率 （15nm）。 可進(jìn)行微區(qū)分析和深度分析，具有三維分析的特點(diǎn)。 樣品要求是導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料,三、AES工作模式,AES能譜特點(diǎn)

9、定性分析 定量分析 俄歇電子探針 深度剖析,AES工作模式,AES基本原理：當(dāng)電子束入射到樣品表面時(shí)，會(huì)從樣品表面發(fā)射具有樣品材料特征能量的俄歇電子 俄歇電子攜帶的信息與工作模式 俄歇電子的能量 元素種類（定性分析） 俄歇電子的數(shù)量 元素含量（定量分析） 電子束偏轉(zhuǎn)和掃描 元素面分布（俄歇電子探針） 離子束濺射刻蝕 元素深度分布（深度剖析,1.AES能譜特點(diǎn),俄歇電子譜淹沒(méi)在強(qiáng)大且變化的二次電子本底、背散射電子以及本底和俄歇電子漲落形成的散粒噪聲中。 直接扣除N(E)的本底噪聲很難做到,E(eV) 粗略的廣義二次電子能量密度分布曲線,二次電子,背散射電子,彈性背散射電子,能量損失峰,俄歇電子峰

10、,50,Ep: 3000,0,二次電子、背散射電子本底,微分法AES分析方法,選擇合適的能量范圍對(duì)N(E)進(jìn)行微分 大部分二次電子能量2keV 在50,2000eV內(nèi)，N(E)本底緩慢變化，俄歇電子峰強(qiáng)度較弱變化相對(duì)較快 采用dN(E)/dE進(jìn)行分析,E(eV) 粗略的廣義二次電子能量密度分布曲線,背散射電子,彈性背散射電子,能量損失峰,俄歇電子峰,50,Ep: 3k,二次電子,0,本底,2k,直接譜與微分譜的對(duì)應(yīng)關(guān)系,直接譜中每一個(gè)峰在微分譜將轉(zhuǎn)化為一對(duì)正峰與負(fù)峰 負(fù)峰尖銳，正峰較小 微分譜的物理意義 負(fù)峰能量值為俄歇電子能量元素識(shí)別 峰-峰值代表俄歇峰強(qiáng)度 定量分析,EN(E) E譜,dE

11、N(E) / dE E譜,AES直接譜與微分譜舉例,直接譜,微分譜,2. 定性分析,根據(jù)微分譜的負(fù)峰位置識(shí)別元素 元素鑒定：利用俄歇電子標(biāo)準(zhǔn)譜手冊(cè)，對(duì)除H, He以外的元素進(jìn)行檢測(cè) 定性分析一般過(guò)程 利用 “主要俄歇電子能量圖”，找出最強(qiáng)峰，把對(duì)應(yīng)于此峰的可能元素減少到23種。與可能元素的標(biāo)準(zhǔn)譜進(jìn)行對(duì)比分析，確定元素種類。 由于化學(xué)位移的不同，測(cè)量峰值和標(biāo)準(zhǔn)峰在能量上會(huì)有幾個(gè)eV的微小差別,Si元素標(biāo)準(zhǔn)俄歇微分譜,負(fù)峰能量值,雜質(zhì)峰 用元素符號(hào)標(biāo)明,SiO2中Si的俄歇微分譜,化學(xué)位移：化學(xué)環(huán)境（元素價(jià)態(tài)）對(duì)電子能譜的影響 Ep=3 keV時(shí)，SiO2中Si的俄歇微分譜 KLL主峰， 純Si：

12、1619eV SiO2中Si：1600eV； LVV主峰， 純Si：92eV SiO2中Si ：76eV,KLL主峰,LVV主峰,定性分析,定性分析一般過(guò)程 利用標(biāo)準(zhǔn)圖譜標(biāo)明該元素的所有譜峰。 繼續(xù)反復(fù)，標(biāo)識(shí)更弱的峰，含量少的元素，可能只有主峰。 若還有峰未確定，可能是入射電子損失特點(diǎn)能量背射出來(lái)形成的能量損失峰。改變初級(jí)束能量，觀察峰是否移動(dòng)，移動(dòng)的就不是俄歇峰,定性分析實(shí)例InGaN薄膜表面,N1,Ga1,Ga2,Ga3,In1,C1,O1,N：386eV，KLL,Ga：1067eV，LMM 1092eV，LMM 56eV， MNN,In：407eV，MNN 368eV，MNN,C：269

13、eV，KLL,O：513eV，KLL,In2,橫坐標(biāo)為俄歇電子動(dòng)能，縱坐標(biāo)為俄歇電子計(jì)數(shù)的微分。激發(fā)出來(lái)的俄歇電子由其俄歇過(guò)程所涉及的軌道的名稱標(biāo)記。 俄歇躍遷過(guò)程涉及到多個(gè)能級(jí)，大部分元素都可以同時(shí)激發(fā)出多種俄歇電子，因此非常有利于元素的定性標(biāo)定，排除能量相近峰的干擾,定性分析注意事項(xiàng),由于化學(xué)位移的不同，測(cè)量峰值和標(biāo)準(zhǔn)峰在能量上會(huì)有幾個(gè)eV的微小差別。 樣品的荷電位移問(wèn)題。 金屬和半導(dǎo)體樣品幾乎不會(huì)荷電，不用校準(zhǔn)。 絕緣體薄膜樣品，有時(shí)必須進(jìn)行校準(zhǔn)，通常以C KLL峰的俄歇?jiǎng)幽転?78.0eV作為基準(zhǔn)。 離子濺射的樣品中，也可用Ar KLL峰(214.0eV)來(lái)校準(zhǔn)。 在判斷元素是否存在時(shí)

14、，應(yīng)用其所有的次強(qiáng)峰進(jìn)行佐證，否則應(yīng)考慮是否為其它元素的干擾峰,3. 定量分析,根據(jù)俄歇峰強(qiáng)度確定元素在表面的含量 絕對(duì)含量ni：在“表面區(qū)域”內(nèi)單位體積的i元素的原子數(shù) 原則上可由 Ii,WXY 求出 ni，實(shí)際上不可行 AES 分析中幾乎不用絕對(duì)含量的概念,定量分析,AES 給出的僅是一種半定量的分析結(jié)果 相對(duì)含量Ci： 在“表面區(qū)域”內(nèi)，單位體積內(nèi) i元素 原子占總原子數(shù)的百分?jǐn)?shù) (原子濃度) 通常采用標(biāo)樣法，將樣品與標(biāo)樣對(duì)比,AES定量分析方法,標(biāo)樣分析法：在相同的測(cè)試環(huán)境（如真空環(huán)境）和測(cè)試條件下測(cè)量標(biāo)樣與待測(cè)樣品的俄歇電流 測(cè)試條件 一次電子束能量Ep，束流 Ip Vh：倍增器高壓

15、（決定倍增器的增益） 采用調(diào)制和鎖相放大技術(shù) Em：調(diào)制能量峰峰值 L：鎖相放大器放大倍數(shù) Ii,WXY不與 Ep, Vh成正比，與Ip, Em, L成正比。 相同的測(cè)試條件：保持Ep, Vh相同，保持(IpEmL)相同 (IpEmL) 稱為刻度系數(shù)，以 d 表示,純?cè)貥?biāo)樣法,以純?cè)?i 制作標(biāo)樣，在相同條件下，分別測(cè)量純?cè)貥?biāo)樣與待測(cè)樣品的同一俄歇峰強(qiáng)度 和 一般取俄歇峰主峰，要求樣品表面清潔可靠 假定標(biāo)樣與試樣的 Bi, R, i,WXY, Ti,WXY相同 已知 ，測(cè)量 與 ，可以求得 待測(cè)樣品若有m種元素，需要m種純?cè)貥?biāo)樣，在相同條件下測(cè)量(m+1)次，不實(shí)用,相對(duì)靈敏度因子法,

16、相對(duì)靈敏度因子 Si ：在相同條件下，純?cè)豬 標(biāo)樣與純 Ag 標(biāo)樣的俄歇電流的比值 若已知Si， ，只需測(cè)量 和 ，就可得到ni 待測(cè)樣品若有m種元素，需測(cè)量 和m種元素的Si,純 Ag 標(biāo)樣 (MNN峰，351 eV,純 i 元素標(biāo)樣，WXY峰,Perkin-Elmer相對(duì)靈敏度因子圖,Ep=3keV，Si對(duì)應(yīng)于元素i某一特定俄歇峰。 KLL峰標(biāo)有“”，LMM峰標(biāo)有“”，MNN標(biāo)有“,LMM 峰Si0.35,KLL 峰Si0.025,相對(duì)靈敏度因子測(cè)相對(duì)含量,只要測(cè)得各種元素的Ij, (WXY)j，查Sj和nstdj，無(wú)需和純Ag標(biāo)樣對(duì)比測(cè)試，就可得到i元素的相對(duì)含量,如測(cè)量Ii, (WX

17、Y)i時(shí)刻度系數(shù)不同，di=IpiEmiLi,如果 ，上式簡(jiǎn)化為 當(dāng)各種元素刻度因子相同時(shí)，上式簡(jiǎn)化為 AES最常用的定量分析公式,相對(duì)靈敏度因子測(cè)相對(duì)含量,定量分析實(shí)例,304不銹鋼Fe, Cr, Ni成分分析,定量分析實(shí)例,N1,Ga1,Ga2,Ga3,In1,C1,O1,In2,InGaN薄膜In, Ga比例分析,定量分析公式的假設(shè)條件,試樣與純?cè)貥悠繁成⑸湟蜃酉嗤珺i=Bistd i元素WXY俄歇電子在試樣和純?cè)貥悠分幸莩錾疃认嗤?試樣的i元素WXY峰與純i元素標(biāo)樣的WXY峰形狀相同 試樣與純?cè)氐谋砻娲植诔潭认嗤琑i=Ristd,定量分析誤差的來(lái)源,試樣與標(biāo)樣的 Bi, i,WX

18、Y 不同，“基體效應(yīng)” 試樣與標(biāo)樣的 Ti,WXY 不同，“化學(xué)效應(yīng)” 試樣與標(biāo)樣的 R 不同，“形貌效應(yīng)” 解決方法： 采用成分相近的多元素標(biāo)樣法可以減小基體效應(yīng)與化學(xué)效應(yīng)的影響，但制樣困難 盡量減少樣品表面粗粗度,成分相近的多元素標(biāo)樣法,標(biāo)樣的成分和試樣的成分相近，而且標(biāo)樣中各元素的單位體積原子數(shù)nstdi已知。 在相同條件下測(cè)得試樣與標(biāo)樣i元素同一俄歇峰WiXpYq的強(qiáng)度，則試樣中i元素單位體積原子數(shù) 成分相近，基體效應(yīng)與化學(xué)效應(yīng)誤差大大減少 制樣困難,4.表面成分像掃描俄歇電子探針,入射電子在樣品表面掃描，采集掃描位置的俄歇電子的能量和強(qiáng)度。 測(cè)量樣品表面多個(gè)點(diǎn)的俄歇電流信號(hào)。 形成樣

19、品表面的各種元素分布圖。 空間分辨率約0.1m 包括選點(diǎn)分析、線掃描分析、面掃描分析,選點(diǎn)分析,根據(jù)樣品表面某個(gè)點(diǎn)的俄歇電流，分析該點(diǎn)成分。 主要過(guò)程： 通過(guò)計(jì)算機(jī)控制電子束的掃描，在樣品表面的吸收電流像或二次電流像圖上鎖定待分析點(diǎn)。 探測(cè)該點(diǎn)的俄歇電流，進(jìn)行表面定性分析、化學(xué)價(jià)態(tài)分析和深度分析。 對(duì)于在大范圍內(nèi)的選點(diǎn)分析，采取移動(dòng)樣品的方法，使待分析區(qū)和電子束重疊,選點(diǎn)分析舉例,多晶硅薄膜沉積光刻后缺陷分析 二次電子像發(fā)現(xiàn)表面缺陷 用俄歇電流對(duì)正常表面和缺陷位置進(jìn)行成分分析 正常表面只有Si, O 缺陷表面還含有C,S 初步判斷為殘留的光刻膠,面掃描分析,主要過(guò)程： 入射電子在樣品表面掃描

20、采集掃描位置的俄歇電子的能量和強(qiáng)度 分析某一元素對(duì)應(yīng)的俄歇電子強(qiáng)度的表面分布 形成樣品表面的該元素的分布圖 與掃描電鏡對(duì)比 SEM，樣品表面的形貌像 AES，樣品表面某種元素的分布像,面掃描分析舉例,多晶硅薄膜沉積光刻后的二次電子像、S元素面分布像、C元素面分布像,S Map,C Map,二次電子像，除光刻膠缺陷外，表面基本平整 S、C面分布像，在缺陷處最為密集，在無(wú)缺陷表面隨機(jī)分布 表面普遍存在光刻膠殘留，缺陷處最多,面掃描分析舉例,鈦基合金表面SiC纖維的SEM像和C元素面分布像,二次電子像：較暗的背景為鈦基合金基底，高亮度是SiC纖維,C元素的面掃描分布圖：纖維上存在C和Ti元素，表明鈦

21、基合金與SiC纖維作用形成了TiC界面,線掃描分析,某些元素沿某一方向的分布情況 俄歇線掃描分析可在微觀和宏觀的范圍內(nèi)進(jìn)行（16000m,Al-Si合金的線掃描 AES分布,5.深度剖析,利用具有一定能量的離子束對(duì)樣品表面進(jìn)行剝離（濺射） 同時(shí)采集俄歇電子能譜，從而獲得各種元素相對(duì)含量隨刻蝕時(shí)間（深度）的變化情況。 離子槍引出的一般是具有500eV5keV的Ar離子,利用離子束濺射進(jìn)行 AES 深度剖析示意圖,深度剖析舉例,Cl2/CH4/Ar干法刻蝕 InP的表面成分的深度剖析,InP刻蝕損傷區(qū)域,InP襯底,干法刻蝕后InP襯底結(jié)構(gòu),深度剖析舉例,InGaN單晶薄膜的深度剖析,InGaN單

22、晶薄膜外延結(jié)構(gòu),AES深度剖析結(jié)果,ASE深度剖析注意事項(xiàng),擇優(yōu)濺射：各種元素的濺射產(chǎn)額不同，在多元素材料分析中，濺射產(chǎn)額大的元素被過(guò)多地濺射，濺射產(chǎn)率低的元素在表面富集。 擇優(yōu)濺射改變了材料表面的成分，在深度分析中要考慮擇優(yōu)濺射的影響。 在實(shí)際的俄歇深度分析中，如果采用較短的濺射時(shí)間以及較高的濺射速率，“擇優(yōu)濺射”效應(yīng)可以大大降低,擇優(yōu)濺射舉例,Cu-42%Ni的二元合金中Ni隨濺射時(shí)間的變化,在剛開(kāi)始濺射時(shí)，樣品的表面Ni原子濃度與體材料相等。 Cu濺射速率較高，隨著濺射時(shí)間的增加，樣品表面Cu(Ni)原子相對(duì)濃度減少(增加)并達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值,ASE深度剖析注意事項(xiàng),原子混合、離子轟擊增強(qiáng)

23、擴(kuò)散和偏析： 在離子刻蝕剖面分析中，由于刻蝕離子具有一定的能量，因此，將導(dǎo)致表面附近的原子出現(xiàn)混合效應(yīng)，改變了元素的分布形狀。改變?cè)胤植嫉囊蛩剡€有離子轟擊增強(qiáng)擴(kuò)散和離子束濺射偏析及離子束誘導(dǎo)偏析。 表面的粗糙度的變化 離子束刻蝕同時(shí)還改變?cè)嚇颖砻娴拇植诙取．?dāng)離子轟擊的劑量比較小的時(shí)候，對(duì)試樣的表面有拋光的作用；當(dāng)轟擊的劑量大到一定的程度，將使試樣的表面出現(xiàn)多維形尖角，使得試樣表面的粗糙度增加,Zalar旋轉(zhuǎn),樣品旋轉(zhuǎn)裝置（Zalar旋轉(zhuǎn)），減少表面粗糙度的影響，提高深度剖析的分辯能力,沉積在Si基底的多層Cr/Ni薄膜，左圖樣品不旋轉(zhuǎn)，右圖樣品旋轉(zhuǎn),ASE深度剖析注意事項(xiàng),由于離子束與樣品表

24、面的作用時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，樣品表面會(huì)產(chǎn)生各種效應(yīng)。為了獲得較好的深度分析結(jié)果，應(yīng)當(dāng)選用交替式濺射方式，并盡可能地降低每次濺射間隔的時(shí)間。 此外，為了避免離子束濺射的坑效應(yīng)，離子束/電子束的直徑比應(yīng)大于100倍以上，這樣離子束的濺射坑效應(yīng)基本可以不予考慮,AES制樣要求,通常情況下只能分析固體導(dǎo)電樣品 樣品大小：長(zhǎng)寬高 10 mm 10 mm 5 mm 粉末樣品，采用導(dǎo)電膠帶、粉末壓片、金屬銦或錫基材 絕緣樣品，采用分析點(diǎn)周圍鍍金，或用帶小窗口的鋁箔包覆樣品 注意：絕對(duì)禁止帶有強(qiáng)磁性的樣品進(jìn)入分析室,PHI-690掃描俄歇電子能譜儀外觀,PHI-690基本功能,可分析單層到十層原子層（10nm以下）的

25、表面；鋰（Li）原子序數(shù)以后的所有元素都能分析；能分析約10nm的微小區(qū)域；能進(jìn)行在1nm3nm深度分辨率下分析到m量級(jí)深度的深度剖面分析；濃度的檢測(cè)極限可達(dá)0.1at% 。 在某些情形下，根據(jù)譜峰形狀的不同，可區(qū)分不同的化學(xué)結(jié)合狀態(tài)，雖然存在有電子損傷、絕緣材料帶電等問(wèn)題，但使用低能中和離子槍大大地緩和了絕緣材料帶電所帶來(lái)的分析局限,PHI-690基本結(jié)構(gòu),四、俄歇能譜儀主要部件,超高真空系統(tǒng) 俄歇電子激發(fā)系統(tǒng)電子槍及掃描系統(tǒng) 俄歇電子能量分析系統(tǒng)電子能量分析器 數(shù)據(jù)采集和記錄系統(tǒng) 樣品清洗、剖離系統(tǒng)濺射離子槍,1. 超高真空系統(tǒng),一般要求 AES 系統(tǒng)真空在 10-7 10-8 Pa（超高

26、真空），采用無(wú)油真空泵系統(tǒng) 要求超高真空條件的原因： 減少殘余氣體分子散射造成俄歇電子的損失 使被分析樣品不被表面的氣體吸附層所掩蓋 真空系統(tǒng)一般由主真空室、離子泵、升華泵、渦輪分子泵和初級(jí)泵組成。初級(jí)泵一般是機(jī)械泵或冷凝泵,2. 俄歇電子激發(fā)系統(tǒng),電子束源對(duì)AES分析的影響 束流大小影響信噪比 (分析靈敏度,夾雜在鋼中 TiN 晶粒的AES譜TiN 晶粒大小 400nm 700nm,AES電子槍,電子束源對(duì)AES分析影響 束斑大小影響微區(qū)分析及掃描AES的橫向分辨率 不同能量電子槍含有TiN顆粒的Fe基體的散射 3 keV束能電子的散射體積大小的尺度約為 100 nm 10 keV束能電子的

27、散射體積大小的尺度約為 1000 nm,TiN Fe,AES電子槍,場(chǎng)發(fā)射陰極 小束斑 (幾百 幾千)、高亮度的低能發(fā)射源 不用磁聚焦系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 工作條件 Auger電子的能量：02000eV 入射電子能量：1 5 keV 一次束流 IP 10-8 A 束斑直徑：30 50nm，最小15nm 入射角范圍：20 45,3.電子能量分析器,分析器的分辨率決定AES分辨率 分析器的通過(guò)率決定AES靈敏度 靜電型能量分析器 拒斥場(chǎng)型能量分析器 四柵球形分析器 成像型能量分析器 筒鏡分析器 (CMA,四柵球形分析器,能量高通濾波器，只有能量高于拒斥勢(shì)壘的電子方可被收集檢測(cè) 電極配置 G1與樣品接地

28、形成無(wú)場(chǎng)空間，電子按原有方向前進(jìn) G2, G3接負(fù)電位 對(duì)電子形成拒斥場(chǎng) G4接地 減小電場(chǎng)滲透和電位畸變，提高分辨率 收集極接正高壓 收集電子,四柵球形分析器,能量分析特性 收集電流 直接譜與微分譜的獲得 取一次微分：N(E) E 取兩次微分：dN(E)/dE E 缺點(diǎn)： 分辨率不高，檢測(cè)靈敏度低,拒斥場(chǎng)I-V曲線與 N(E) E 曲線,筒鏡能量分析器,能量帶通濾波器，利用能量色散特性，僅允許能量范圍很窄的電子通過(guò) 工作原理：利用不同能量的粒子在靜電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)軌道半徑不同,筒鏡能量分析器,設(shè)計(jì)要求 色散特性 獲得高分辨率 不同能量的電子通過(guò)分析器后最大限度地被分離，以便選出某種能量的電子 聚焦特性獲得高靈敏度 具有相同能量、不同發(fā)射角的電子要盡可能會(huì)聚于一點(diǎn) 上述要求相互矛盾，根據(jù)具體問(wèn)題做折衷選擇,筒鏡能量分析器,二階聚焦的