俄歇表面分析技術(shù)的基本理論

1、Auger 表面分析技術(shù)的基本理論 1925年,法國(guó)科學(xué)家Pierre Auger 在用X射線研究某些惰性氣體的光電效應(yīng)時(shí),意外地發(fā)現(xiàn)了一些短小的電子軌跡.軌跡的長(zhǎng)度不隨入射X射線的能量而變化,但隨原子的不同而變化.Auger認(rèn)為:這一現(xiàn)象是原子受激后的另一種退激過(guò)程所至.過(guò)程涉及原子內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)換,而后使外層電子克服結(jié)合能向外發(fā)射.他的發(fā)現(xiàn)與所做的相應(yīng)解釋被證明是正確的.因此,用他的名字來(lái)命名這種過(guò)程和發(fā)射的電子.一.俄歇(Auger)過(guò)程和俄歇電子1. 俄歇過(guò)程激發(fā)源(電子離子光子) 原子某一主殼層能級(jí)的一個(gè)電子被擊出留下空穴(受激) 不在同一主殼層能級(jí)的電子躍遷去填補(bǔ)空穴(退激) 能量等

2、于或低于填補(bǔ)電子原來(lái)所在能級(jí)的另一個(gè)電子發(fā)射達(dá)到能量平衡(退激)俄歇過(guò)程的特點(diǎn)是: 原子內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)換涉及到原子的兩至三個(gè)能級(jí),同時(shí)產(chǎn)生了兩個(gè)空穴,使原子處于雙重電離的狀態(tài).2. 俄歇電子 俄歇電子-退激過(guò)程中克服結(jié)合能發(fā)射的電子(圖1) 俄歇電子的特點(diǎn):具有一定的能量,能量的大小取決于原子內(nèi)有關(guān)殼層的結(jié)合能.能量大小一般在幾個(gè)eV至2400eV.由于俄歇電子的能量與原子的種類有關(guān),也與原子所處的化學(xué)狀態(tài)有關(guān).因此,它是又一種特征能量,具有類似指紋鑒定的效果.因而可以用來(lái)鑒別和分析不同的元素及化學(xué)結(jié)構(gòu).二.俄歇過(guò)程,俄歇電子能量與特征譜線的關(guān)系1. 俄歇過(guò)程的符號(hào)表示法與俄歇過(guò)程的系列(1)

3、能級(jí)標(biāo)識(shí)符號(hào)的規(guī)定與過(guò)程的符號(hào)表示法 在討論俄歇過(guò)程時(shí),電子能級(jí)的標(biāo)識(shí)符號(hào)也使用X射線能級(jí)的符號(hào).把主量子數(shù)n=1,2,3,4的各層分別稱為K,L,M,N層.再用數(shù)字作為下標(biāo)表示主殼層中的各分支殼層.它與原子態(tài)的電子能級(jí)是一一對(duì)應(yīng)的.(圖2)俄歇過(guò)程符號(hào)表示舉例:(a) 如果某原子的K層電子被擊出,L1層中的一個(gè)電子躍遷到K層, L1層中的另一個(gè)電子發(fā)射.這種過(guò)程可用能級(jí)符號(hào)KL1L1表示.(b) 如果某原子的L層電子被擊出,M1層中的一個(gè)電子躍遷到L層, M1層中的另一個(gè)電子發(fā)射.這種過(guò)程被表示為L(zhǎng)1M1M1. （圖3）(2) 俄歇過(guò)程的主要系列和系列所包含的群系列-是以受激產(chǎn)生的空穴在哪一

4、個(gè)主殼層來(lái)劃分. L 系列 LMM LMN LNN群-是在系列下以填補(bǔ)電子與發(fā)射電子在基態(tài)時(shí)的位置來(lái)劃分. K 系列 KLL KLM KMM M系列 N系列 MNN MNO NOO 2. 俄歇群和俄歇譜線俄歇群表達(dá)了一個(gè)完整的俄歇過(guò)程.經(jīng)歷這一過(guò)程的原子其終態(tài)有兩個(gè)空穴,終態(tài)能量取決于與兩個(gè)空穴相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)電子的能級(jí)位置和它們之間存在的耦合形式.俄歇電子攜帶的能量與原子的終態(tài)能量有關(guān).如果知道終態(tài)的兩個(gè)空穴能形成多少個(gè)不同的能量狀態(tài),那么從理論上就可以計(jì)算出有多少種能量的俄歇電子,由此來(lái)推測(cè)有多少條俄歇譜線.到目前為止,終態(tài)能量狀態(tài)的研究仍然是基于電子的軌道運(yùn)動(dòng)和自旋運(yùn)動(dòng)的理論.由該理論引出了

5、雙電子的三種基本耦合模型:L-S耦合,J-J耦合,IC耦合(介于前兩者耦合之間的中間過(guò)度型耦合). 當(dāng)我們用這三種耦合模型來(lái)分析討論那些經(jīng)過(guò)俄歇過(guò)程后的原子終態(tài)能量時(shí),為了方便起見(jiàn),一般選用KLL群作為分析研究的對(duì)象.這是因?yàn)樵贙LL群中,產(chǎn)生原始空穴的能級(jí)只涉及到一個(gè)主殼層,原子初態(tài)比較簡(jiǎn)單.而LMN系列的子殼層間的能差較小,產(chǎn)生初始空穴的能級(jí)涉及到多于一個(gè)的子殼層,原子初態(tài)就較復(fù)雜.(1) KLL群的LS耦合分析與譜線數(shù)的預(yù)測(cè) L-S耦合的條件:電子一般處于大小相近的軌道,電子的相互作用大于電子的自旋與軌道的相互作用.一般地,原子序數(shù)Z75的元素具備這樣的條件. j-j耦合的過(guò)程與計(jì)算i.

6、 把終態(tài)雙空穴所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)電子的軌道角動(dòng)量量子數(shù)分別與自旋角動(dòng)量量子數(shù)耦合成角動(dòng)量量子數(shù)j1 = l1 + s1j2 = l2 + s2ii. 把兩個(gè)電子的角動(dòng)量量子數(shù)耦合成總的角動(dòng)量量子數(shù).J = (j1 + j2),(j1+j2 1), j1 j2 2.2(4) j-j耦合的結(jié)果和產(chǎn)生的譜線數(shù)KLL群的j-j耦合可以產(chǎn)生6條譜線. 表二. j-j耦合和譜線數(shù)電子組態(tài)俄歇過(guò)程Jj-j耦合的原子態(tài) (j1,j2)J譜線數(shù)2S0P6KL1L10(1/2,1/2)012S1P5KL1L21,0(1/2,1/2)1,01KL1L32,1(1/2,1/2)2,112S2P4KL2L20(1/2,1/2

7、)01KL2L32,1(1/2,1/2)2,11KL3L30(3/2,3/2)01(3)中間耦合(IC)L-S耦合與j-j耦合之間存在一個(gè)能態(tài)過(guò)度區(qū),這個(gè)過(guò)渡區(qū)可以被看作為:在前兩種耦合中分裂出了總角動(dòng)量不同的能態(tài).原子序數(shù)20Z75的元素一般屬于這個(gè)范圍.表三. IC耦合與譜線數(shù)電子組態(tài)俄歇過(guò)程IC耦合原子態(tài)2S0P6KL1L11S02S1P5KL1L21P1KL1L33P03P13P22S2P4KL2L21S0KL2L33P03P2KL3L31D29條譜線圖5,溴Br的KLL群俄歇譜線圖6,耦合效應(yīng)隨原子序數(shù)的變化三.俄歇電子能量的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式 由于俄歇電子的躍遷過(guò)程涉及到一個(gè)以上的電子能

8、級(jí),因此,俄歇電子能量的理論研究還不可能預(yù)算出所有元素的俄歇電子能量以及強(qiáng)度.目前,只能用半經(jīng)驗(yàn)公式和經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算俄歇電子能量.1. 常用的經(jīng)驗(yàn)公式假定: (1)ABC表示俄歇過(guò)程涉及的三個(gè)軌道 (2)Z表示原子序數(shù) (3)EA EB EC 軌道結(jié)合能俄歇過(guò)程的俄歇能量被表示為:EABC(Z) = EA(Z) EB(Z) EC(Z) - 1/2EB(Z+1)- EB(Z)+ EC(Z+1)- EC(Z) 3(1)若只考慮公式的前半部: EA(Z) EB(Z) EC(Z)那么, EABC(Z)的計(jì)算值大于實(shí)際所測(cè)得的值.公式的后半部實(shí)際上是一個(gè)修正項(xiàng).它的提出主要是考慮到終態(tài)空穴引起的核電荷作

9、用.如果EABC存在,那么B能級(jí)上的空穴意味著少了一個(gè)屏蔽核電荷的B電子,核內(nèi)正電荷增加.這相當(dāng)于原子序數(shù)增加,引起C能級(jí)上的平均結(jié)合能的增加.C能級(jí)上的空穴也同樣使B能級(jí)上的平均結(jié)合能增加.用公式表示為: 3.(2)公式3.(1)是由3.(2)轉(zhuǎn)變而來(lái).2. 計(jì)算值與俄歇譜測(cè)量值的比較元素俄歇過(guò)程計(jì)算結(jié)果測(cè)量結(jié)果SiKL2L21603eV1602eVKL2L31604eV1611eVKL3L31605eV1616eV圖7,元素的俄歇電子能量四.俄歇過(guò)程的概率,俄歇電子的產(chǎn)額和強(qiáng)度 如果只考慮原子受激后的退激過(guò)程,不考慮其它影響因素,那么俄歇強(qiáng)度基本上就取決于俄歇過(guò)程在退激過(guò)程中出現(xiàn)的概率及由

10、這類過(guò)程發(fā)射的俄歇電子的產(chǎn)額.對(duì)于一個(gè)在某一能級(jí)產(chǎn)生一個(gè)空穴的受激原子,它的退激過(guò)程一般由三個(gè)基本過(guò)程組成: 俄歇過(guò)程; X光熒光過(guò)程; C-K過(guò)程.俄歇分析技術(shù)當(dāng)然希望俄歇過(guò)程能在退激過(guò)程中占主導(dǎo)地位,也就是說(shuō)它的出現(xiàn)概率要高.顯然,我們首先要了解這三種過(guò)程概率的大小和原子參數(shù)之間的關(guān)系.1. 退激過(guò)程的概率(1) KLL系列俄歇過(guò)程的概率通常,用符號(hào)WA表示過(guò)程的概率.計(jì)算公式源于Fermis Golden Rule. 4(1) 式中: , 玻爾半徑 0.05nm, Z 原子序數(shù), m 電子質(zhì)量, 普朗克常數(shù), k 玻茲曼常數(shù). 4(2) 式中: C 是常數(shù)(2) X光熒光過(guò)程的概率 通常

11、,用符號(hào)WX表示過(guò)程的概率.考慮K, 4(3)式中: 發(fā)射光子能量, 4(4)(3)C-K過(guò)程的概率 C-K過(guò)程不會(huì)出現(xiàn)在K系列,WK = 0. 2.退激過(guò)程概率與俄歇電子產(chǎn)額的關(guān)系在上述概率公式中,概率W的量綱為:W = (1/能量時(shí)間)(1/能量)(能量)2 = 1/時(shí)間=1/秒式中的時(shí)間,其意義是受激原子激發(fā)態(tài)的平均壽命.一般用來(lái)表示.這樣, W= 1; 即: (WA + WX + WK)X=1.令: (WA + WX + WK)X= Y又令: YA為俄歇產(chǎn)額,YX為熒光產(chǎn)額,YK為C-K產(chǎn)額那么: YA + YX + YK =1當(dāng)YK = 0 時(shí), YA = WA/(WA + WX)

12、4(5) YX = WX/(WA + WX) 4(6)Burhop提出了計(jì)算上述產(chǎn)額的半經(jīng)驗(yàn)公式: 4(7) 式中: WX/WA =(-a + bZ cZ3)4 a = 6.4 X 10-2, b = 3.4 X 10-2, c = 1.03 X 10-6圖8,產(chǎn)額與原子序數(shù)的關(guān)系 3.影響俄歇電子產(chǎn)額的其它因素(1) 原子電離概率的影響按照?qǐng)D8,我們也許會(huì)被引入一個(gè)誤區(qū),即; 當(dāng)原子序數(shù)大于32時(shí),元素似乎因俄歇產(chǎn)額太低而使俄歇強(qiáng)度減弱到無(wú)法檢測(cè).實(shí)際上,俄歇電子的產(chǎn)額還與電離概率有關(guān). YA e * (1- WX) 4(8)式中: e 是單個(gè)原子在受到外來(lái)電子的沖擊時(shí),所產(chǎn)生的電離截面值.

13、 e = e4 / E Eb 4(9)式中: E 入射電子的能量, Eb 軌道電子的結(jié)合能. 隨著原子序數(shù)的增大,原子外殼層的電子數(shù)增 加.而且,外殼層電子的結(jié)合能較弱.這樣,當(dāng)入射電子能量為定值時(shí),結(jié)合能越弱,電離概率越大.對(duì)于重元素來(lái)說(shuō),原子的LMN系列的俄歇躍遷過(guò)程概率比K系列要高得多, 因此,俄歇分析技術(shù)同樣適用于這些元素.(2) 入射電子能量的選擇從公式4(9),我們已經(jīng)看到入射電子能量對(duì)e 的影響.由于實(shí)際分析的試樣是以固態(tài)形式存在的,因而,公式4(9)被Gryzinsky發(fā)展成為: 4(10) 式中 : nx是軌道電子數(shù),U =E/Eb 當(dāng)U是結(jié)合能的三至四倍時(shí), x 可以獲得最

14、大值.五.基體效應(yīng)對(duì)俄歇強(qiáng)度的影響 當(dāng)原子相互結(jié)合成固體時(shí),原子密度增加,原子和原子,原子和電子之間的相互作用大大加強(qiáng).因此,一般要考慮逃逸深度和背散射因子對(duì)俄歇信號(hào)的影響.1. 逃逸深度的影響和其深度的估計(jì): 俄歇電子從發(fā)射點(diǎn)到逸出固體表面的行程中,會(huì)與周圍的原子背散射電子發(fā)生非彈性碰撞.其結(jié)果,俄歇電子損失了部分能量,不再具有它的特征能量,導(dǎo)致俄歇信號(hào)強(qiáng)度衰減.損失的能量主要轉(zhuǎn)化為等離子體激元激發(fā)(plasmon)和單電子激發(fā)(即固體對(duì)電子的吸收). 設(shè): 對(duì)電子的吸收系數(shù)為,在電子經(jīng)過(guò)距離d后,俄歇電子的衰減強(qiáng)度與的關(guān)系式為: I(d) = I0e-d 5(1) 當(dāng)d=1/,強(qiáng)度衰減到I

15、0, 1/=,稱為衰減長(zhǎng)度. 在表面分析技術(shù)中,經(jīng)常用電子的衰減長(zhǎng)度來(lái)估計(jì)逃逸深度或者非彈性碰撞平均自由程.只有在逃逸深度內(nèi)()產(chǎn)生的俄歇電子才能保持其固有的特征能量逸出固體表面,成為俄歇信號(hào)被檢測(cè)和接受.(1)逃逸深度與逃逸電子的能量和材料性質(zhì)的關(guān)系 = CEm 5(2) 式中: E 電子能量,Cm和材料有關(guān)的常數(shù).(2)估計(jì)逃逸深度的三個(gè)常用經(jīng)驗(yàn)公式 適用于元素 5(3) 適用于無(wú)機(jī)化合物 5(4) 式中: , Am原子重量;NA = 6.022 X 1023; A 原子密度 適用于有機(jī)化合物 5(5) 圖9,電子能量與平均自由程的關(guān)系 universal curve2.背散射因子的影響和

16、它的估計(jì) 初級(jí)電子束照射固體表面后,也會(huì)與表面發(fā)生非彈性碰撞.其中一部分散射角較大的初級(jí)電子將重新逸出固體表面,稱之為背散射電子.背散射電子的能量有大有小.能量較大的電子會(huì)使固體表面區(qū)域的原子激發(fā)而產(chǎn)生俄歇躍遷發(fā)射出俄歇電子.這時(shí),俄歇信號(hào)的總強(qiáng)度被表示為: Ia = Ia1 + Ia2 5(6) Ia2 由背散射電子引起的俄歇信號(hào)強(qiáng)度背散射因子被表示為: 5(7)Rb 值的幾種計(jì)算: Shimizu的純理論計(jì)算方法首先用Monte Carlo法模擬低能電子束在固體內(nèi)的背散射情況,然后用統(tǒng)計(jì)方法求得背散射電子的能量和空間角分布,代入下式: 5(8)這種方法對(duì)背散射過(guò)程的處理很嚴(yán)格,比經(jīng)驗(yàn)公式求

17、得的結(jié)果更好.但是,計(jì)算過(guò)程相當(dāng)繁瑣.另外,也不可能很周全地包羅各種因素.理論計(jì)算方法仍然需要不斷改進(jìn).圖10,Rb和原子序數(shù)的關(guān)系 經(jīng)驗(yàn)公式方法 Microlab-310F場(chǎng)發(fā)射俄歇微探針和實(shí)驗(yàn)方法一. 俄歇能譜儀的發(fā)展概況1. 俄歇電子表面分析儀始于六十年代末(1)金屬超高真空系統(tǒng)的成熟 在表面科學(xué)領(lǐng)域內(nèi),通常用來(lái)表征表面吸附程度的單位是Langmuir(郎繆爾),計(jì)為L(zhǎng). 1L = 10-6托X秒 = 1.33 X 10-4帕 X 秒當(dāng)表面被吸附的的分子作密堆積時(shí),布滿一個(gè)單分子層所需的時(shí)間為: 式中:T為溫度(K),p為壓強(qiáng)(帕),M和分別為氣體的分子量和分子直徑.假設(shè)吸附物質(zhì)是273

18、K的氧(M=32, =3.64 X 10-8厘米),那么:秒.如果p=10-4帕,那么布滿一個(gè)單分子層需要3.1秒.在表面分析測(cè)試中,樣品的測(cè)量時(shí)間一般在三小時(shí)以上.因此,要求分析室處于10-8帕的超高真空環(huán)境.當(dāng)超高真空技術(shù)未達(dá)到工業(yè)化水平時(shí),表面分析研究和表面科學(xué)的發(fā)展就受到了阻礙.(2) 電勢(shì)調(diào)制技術(shù)和鎖定放大器的成功 俄歇信號(hào)強(qiáng)度大約是初級(jí)電子強(qiáng)度的萬(wàn)分之一,再加上噪聲的影響,檢測(cè)很困難.電勢(shì)調(diào)制技術(shù)和鎖定放大在一定程度上提高了信號(hào)強(qiáng)度和降低了背底噪聲. 電勢(shì)調(diào)制是通過(guò)給能量分析器提供信號(hào)E=Ksint并使此信號(hào)與掃描電壓(E)疊加,造成可用的輸出信號(hào)的幅值與電子能量分布的微商值成正比

19、. 鎖定放大;把通過(guò)能量分析器之后,為電子倍增器收集到的電子譜信號(hào)輸入到放大器,同時(shí)將調(diào)制信號(hào)的基頻,或倍頻2,3等等送入放大器作為參考信號(hào).經(jīng)過(guò)同步相敏檢測(cè)后放大器輸出的直流電平正比于電子譜信號(hào)中的同頻率的基波或諧波的分量.降低背底噪聲2. 七十年代起進(jìn)入商品化(1) 筒鏡式(CMA)俄歇譜儀(Cylindrical Mirror Analyser) (2) 半球式(CHA)俄歇譜儀(Concentric Hemispherical Analyser)兩種譜儀的比較:CMA: 具有較高的實(shí)體接收角,透射率高,信噪比較高.但是 對(duì)試樣的位置太靈敏,容易導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度降低.CHA: 對(duì)試樣的位置不

20、靈敏,但是透射率較低.(3)CMA成或者CHA+SEM/SAM成象系統(tǒng)+離子槍刻蝕系統(tǒng)二. Microlab-310F的基本單元組成1. 超高真空系統(tǒng)(UHV)真空指標(biāo),5 X 10-10mbar大離子泵-對(duì)O2的抽速 70 l/s小離子泵鈦升華泵-對(duì)O2的抽速 100 l/s渦輪分子泵,機(jī)械泵2. 發(fā)射源(Shottky,熱場(chǎng)發(fā)射電子源)(1) 幾種發(fā)射源的比較 圖(1,2)(2) 熱場(chǎng)發(fā)射與其它發(fā)射的比較 圖(3,4)3. 五通道半球式能量分析器(1) 能量分析器的基本構(gòu)造 五通道半球式能量分析器是靜電式分析器.它由兩個(gè)同心半球構(gòu)成.內(nèi)外半球分別加上不同的負(fù)電壓.在半球兩端各有一條狹縫.入

21、口狹縫前有一個(gè)靜電透鏡.能量不同的電子進(jìn)入狹縫穿過(guò)能量分析器的電場(chǎng)時(shí)被色散,能量相同但方向不同的電子在出口狹縫處被聚焦,掃描電壓疊加于分析器半球形極板的電壓上,使能量不同的電子順次通過(guò)出口狹縫到達(dá)探測(cè)器. 探測(cè)器是一種外形似蝸牛內(nèi)壁涂有特殊材料的電子倍增器.它輸出一系列脈沖到脈沖放大-整形-鑒別器.圖(5)(2) 能量分析器的品質(zhì) 能量分析器的分辨率(FWHM)以下式給出: E/EP = (W1 + W2)/4R0 + ()2 = W/2R0 (很小) 3(1) 對(duì)MICROLAB 來(lái)說(shuō),W = 6mm, R0 = 152,4mm E/EP = 0.02 3(2) 式中的 EP是電子通過(guò)能.顯

22、然,如果使通過(guò)能盡量變小,那么E也將會(huì)降低.為了提高能量分辨率,在能量分析器的前透鏡組元設(shè)置了減速電位來(lái)改變電子通能的大小并使分析器通能是動(dòng)能的恒定百分值(RR). RR滿足下式; RR = EK/EP 3(3) EK電子動(dòng)能,把3(3)代入3(2),得到: EK/ EK = 0.02RR 3(4)式中的EK/ EK是相對(duì)分辨率,常用R表示.EK-半高寬絕對(duì)分辨率 EKb-底線絕對(duì)分辨率EKb = 2EK當(dāng)選用RR=4, EK/ EK = 0.02 / 4 = 0.5% RR=40, EK/ EK = 0.02 /40 = 0.05% (圖7) 透射率(傳輸系數(shù)) 透射率以T表示,它是離開(kāi)分析

23、器的電流與射入分析器的電流之比.當(dāng)入射電子束為單色并有均勻的角分布時(shí), T =/4,入射電子的有效立體角.T越大,允許通過(guò)分析器并被計(jì)數(shù)的電子就越多. 信噪比(S/N)俄歇信號(hào)(背底以上)與其相隔一定距離的高動(dòng)能端的噪聲之比.以下式表示: 信噪比 = P B/B1/2P 峰值計(jì)數(shù)率, B 背底計(jì)數(shù)率4. 二次電子檢測(cè)器5. 離子槍刻蝕系統(tǒng)(1)EX05離子槍基本構(gòu)造 (圖8)(2)束斑尺寸與離子束流的關(guān)系 (圖9)6. 計(jì)算機(jī)控制操作系統(tǒng)OS-2系統(tǒng),Eclipse系統(tǒng).7. 儀器的基本功能(1) 除H,He外,所有元素的定性分析和半定量分析(包栝微區(qū)分析)(2) 形貌和成分象分析(3) 化學(xué)

24、態(tài)分析(4) 三維空間成分分析8. 被擴(kuò)展的功能 表面功函的測(cè)定三.實(shí)驗(yàn)方法1. 試樣制備(1) 固體樣品尺寸: 小于15 X 15 X 10(mm);要求表面平滑清潔.(2) 粉末樣品用軟金屬銦或?qū)щ娔z作襯底;把粉末壓成片狀.(3) 試樣表面清洗化學(xué),物理方法清洗;離子濺射清洗.2. 元素的定性分析定性分析可以以ASTM E-95 標(biāo)準(zhǔn).分析步驟:選擇束壓-確定收譜范圍-辨認(rèn)元素-注意那些譜線重疊或者漂移的峰.3. 化學(xué)態(tài)的分析研究峰形,峰的化學(xué)位移(注意區(qū)分樣品帶電引起的位移).4. 三維空間成分的分析(1) 深度分辨率(符號(hào):Z)定義: 在一個(gè)單原子的界面,元素的信號(hào)強(qiáng)度從84%降低到1

25、6%時(shí)所需要的濺射深度. (圖10)(2) 影響Z的主要因素 樣品的影響i. 樣品表面粗糙度的影響. ii. 樣品性質(zhì)的影響 擇優(yōu)濺射會(huì)引起表面粗糙.元素的互擴(kuò)散,某些成分的富集.化合物分解,原子混合,電荷富集產(chǎn)生成分變化.相反,非晶,沒(méi)有第二相,有相似的濺射產(chǎn)額,良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性,低的互擴(kuò)散率,成分不易富集等都有利于得到好的深度分辨率.濺射深度的影響 ZZ1/2 薄層 5 nm, 中等層厚 5100nm, Z 的變化較小.層厚在100nm1000nm, Z 的變化增大. (圖11)入射角度的影響離子束入射的角度在600以上,Z 的值陡然上升.圖(12)離子入射能量的影響Z E1/2 圖(13) (3)離子濺射產(chǎn)額和刻蝕速率 濺射產(chǎn)額的定義: 濺射產(chǎn)額是被去除的原子平均數(shù)與入射的離子數(shù)之比. Y = 去除的原子平均數(shù)/入射的離子數(shù).刻蝕速率的計(jì)算方法:每秒去除的表面原子數(shù) = 撞擊表面的離子數(shù) X 濺射產(chǎn)額 每秒撞擊表面的離子數(shù) = I/e式中: I是離子束流,單位A. e是離子的電荷量,單位庫(kù)侖.這樣: 每秒去除的表面原子數(shù) = I * Y/e從理論上來(lái)說(shuō),需要用原子的重量和被刻蝕試樣的密度來(lái)計(jì)算由離子束掃描的面積內(nèi)原子的數(shù)目和原子層的厚度. 每立方厘米的原子數(shù) = 試樣的密度 * 阿弗伽德羅常數(shù) /原子重量 = d * N/W