光電子能譜基礎和俄歇電子能譜

第六講光電子能譜基礎和俄歇電子能譜前言電子能譜學概論電子能譜學的范疇電子能譜學（ElectronEnergySpectroscopy）是最近三十年發(fā)展起來的一門綜合性學科。它是研究原子，分子和固體材料的有力工具。

電子能譜學的定義電子能譜學可以定義為利用具有一定能量的粒子（光子，電子，粒子）轟擊特定的樣品，研究從樣品中釋放出來的電子或離子的能量分布和空間分布，從而了解樣品的基本特征的方法。入射粒子與樣品中的原子發(fā)生相互作用，經歷各種能量轉遞的物理效應，最后釋放出的電子和粒子具有樣品中原子的特征信息。通過對這些信息的解析，可以獲得樣品中原子的各種信息如含量，化學價態(tài)等。電子能譜學的物理基礎

電子能譜學的發(fā)展基礎是物理學。電子能譜學的基本原理均來源于物理學的重大發(fā)現和重要的物理效應。如：光電子能譜的建立的基礎是Einstain的光電效應，俄歇電子能譜的基礎是俄歇電子的發(fā)現。由此可見，物理學是電子能譜學的發(fā)展基礎，但電子能譜學的應用不僅僅局限于物理學，在化學，材料以及電子等學科方面具有重要的應用前景。電子能譜學與其它學科的關系

現代電子能譜學已經發(fā)展為一門獨立的，完整的學科。但電子能譜學也同樣是與多種學科交叉和融合的?？偟膩碚f，電子能譜學融合了物理學，電子學，計算機以及化學。它是這些學科發(fā)展的交叉點，涉及到固體物理，真空電子學，物理化學，計算機數據等。電子能譜學的發(fā)展基礎（1）

電子能譜學發(fā)展的最重要的基礎是物理學。物理理論和效應的發(fā)展和建立是電子能譜學的理論基礎。如愛因斯坦的光電效應理論，實際上就是光電子能譜的基本理論。在該理論中指明了光子能量與發(fā)射電子能量的關系。此外，由于由樣品表面發(fā)射的電子或離子的信號非常微弱，一般在10－11A的量級，因此，沒有前置放大技術，根本不可能獲得譜圖。此外，分析器的能量分辨率，直接關系到電子能譜的應用，必須具有足夠的分辨率，才能在表面分析上應用。微電子技術和計算機技術的發(fā)展，大大促進了電子能譜學的發(fā)展。電子能譜學的發(fā)展基礎（2）真空技術的發(fā)展是電子能譜學發(fā)展的重要前提。由于粒子可以和氣體分子發(fā)生碰撞，從而損失能量。沒有超高真空技術的發(fā)展，各種粒子很難到達固體樣品表面，從固體表面發(fā)射出的電子或離子也不能到達檢測器，從而難以獲得電子能譜的信息。此外，電子能譜的信息主要來源于樣品表面，沒有超高真空技術，獲得穩(wěn)定的清潔表面是非常困難的。一個清潔表面暴露在1.33×10－4Pa的真空中1秒，就可以在樣品表面吸附一個原子層。沒有超高真空，就沒有清潔表面，也就不能發(fā)展電子能譜技術。電子能譜學的研究內容(1)電子能譜學的研究內容（2）下表是不同表面分析技術的特點，從中可以認識到，電子能譜在表面分析中所占據的決定地位。下圖為X射線激發(fā)俄歇電子產生過程。在光子激發(fā)原子產生光電子后，其原子變成激發(fā)態(tài)離子。與電子束激發(fā)俄歇譜相比，XAES具有能量分辨率高，信背比高，樣品破壞性小及定量精度高等優(yōu)點。但電子能譜學也同樣是與多種學科交叉和融合的。利用離子束的濺射效應可以獲得元素沿深度的化學成份分布信息。33×10－4Pa的真空中1秒，就可以在樣品表面吸附一個原子層。電子能譜學與表面分析的關系但電子能譜學也同樣是與多種學科交叉和融合的。電子能譜學發(fā)展的最重要的基礎是物理學。但電子能譜學也同樣是與多種學科交叉和融合的。如愛因斯坦的光電效應理論，實際上就是光電子能譜的基本理論。電子能譜學的研究內容（2）電子能譜學的基本原理均來源于物理學的重大發(fā)現和重要的物理效應。同樣可以通過俄歇化學位移來研究其化學價態(tài)。電子能譜學與表面分析的關系電子能譜學與表面分析有著不可分割的關系。電子能譜學中的主要技術均具有非常靈敏的表面性，是表面分析的主要工具。而表面分析在微電子器件，催化劑，材料保護，表面改性以及功能薄膜材料等方面具有重要的應用價值。這些領域的發(fā)展促進了表面分析技術的發(fā)展，同樣也就促進了電子能譜學的發(fā)展。電子能譜學的特點是其表面性以及價態(tài)關系，這決定了電子能譜在表面分析中的地位。下表是不同表面分析技術的特點，從中可以認識到，電子能譜在表面分析中所占據的決定地位。電子能譜學與表面分析的關系電子能譜學的應用

電子能譜學的應用主要在表面分析和價態(tài)分析方面?？梢越o出表面的化學組成，原子排列，電子狀態(tài)等信息。對于XPS和AES還可以對表面元素做出一次全部定性和定量分析，還可以利用其化學位移效應進行元素價態(tài)分析；利用離子束的濺射效應可以獲得元素沿深度的化學成份分布信息。此外，利用其高空間分別率，還可以進行微區(qū)選點分析，線分布掃描分析以及元素的面分布分析。這些技術使得電子能譜學在材料科學，物理學，化學，半導體以及環(huán)境等方面具有廣泛的應用。電子能譜的發(fā)展趨勢

電子能譜的總體發(fā)展趨勢是向高空間分辨，高能量分辨，圖像分析方面發(fā)展。目前，最先進的XPS其空間分辨率可達到10微米，最先進的俄歇電子能譜其空間分辨率可達到20nm。此外，隨著納米技術與薄膜技術的發(fā)展，對其深度分辨能率也越來越高。

俄歇電子能譜AES(AugerelectronSpectrocopy)

光子作用下：

K層電離；

L層補充躍遷；能量使另一層L電子激發(fā)成AuE。

即雙級電離過程：

A*+=A2++e-。

X射線激發(fā)俄歇線在光子激發(fā)原子產生光電子后，其原子變成激發(fā)態(tài)離子。該激發(fā)態(tài)離子是不穩(wěn)定的，會產生退激發(fā)。在多種退激發(fā)途徑中，最常見的退激發(fā)過程就是產生俄歇電子躍遷的過程，因此X射線激發(fā)俄歇譜是光電子譜的必然伴峰。其原理與電子束激發(fā)的俄歇譜相同，僅是激發(fā)源不同。X射線激發(fā)俄歇線X射線激發(fā)俄歇線與電子束激發(fā)俄歇譜相比，XAES具有能量分辨率高，信背比高，樣品破壞性小及定量精度高等優(yōu)點。同XPS一樣，XAES的俄歇動能也與元素所處的化學環(huán)境有密切關系。同樣可以通過俄歇化學位移來研究其化學價態(tài)。由于俄歇過程涉及到三電子過程，其化學位移往往比XPS的要大得多。這對于元素的化學狀態(tài)鑒別非常有效。對于有些元素，XPS的化學位移非常小，不能用來研究化學狀態(tài)的變化。不僅可以用俄歇化學位移來研究元素的化學狀態(tài)，其線形也可以用來進行化學狀態(tài)的鑒別。X射線激發(fā)俄歇線下圖為X射線激發(fā)俄歇電子產生過程。從圖可見，雖然過程比XPS要復雜，但同樣激發(fā)產生的是電子，其能量也僅與原子種類和激發(fā)軌道有關。如：光電子能譜的建立的基礎是Einstain的光電效應，俄歇電子能譜的基礎是俄歇電子的發(fā)現。它是研究原子，分子和固體材料的有力工具。在該理論中指明了光子能量與發(fā)射電子能量的關系。第六講光電子能譜基礎和俄歇電子能譜總的來說，電子能譜學融合了物理學，電子學，計算機以及化學。如：光電子能譜的建立的基礎是Einstain的光電效應，俄歇電子能譜的基礎是俄歇電子的發(fā)現。微電子技術和計算機技術的發(fā)展，大大促進了電子能譜學的發(fā)展。電子能譜學發(fā)展的最重要的基礎是物理學。利用離子束的濺射效應可以獲得元素沿深度的化學成份分布信息。在多種退激發(fā)途徑中，最常見的退激發(fā)過程就是產生俄歇電子躍遷的過程，因此X射線激發(fā)俄歇譜是光電子譜的必然伴峰。電子能譜學的研究內容（2）電子能譜學發(fā)展的最重要的基礎是物理學。與XPS相比，優(yōu)點如下：該激發(fā)態(tài)離子是不穩(wěn)定的，會產生退激發(fā)。同樣可以通過俄歇化學位移來研究其化學價態(tài)。X射線激發(fā)俄歇線X射線激發(fā)俄歇線X射線激發(fā)俄歇線X射線激發(fā)俄歇線AES特點：1受價態(tài)影響；2受結合態(tài)影響；3受表面勢壘影響。與XPS相比，優(yōu)點如下：1可用電子激發(fā)，并形成聚焦（XPS只能用X、UV）；2可掃描得到AuE象，直觀反映表面；3電子束流可調小，使空間分辨率提高。六AES的應用：1元素定性2定量分析3元素價態(tài)、結合態(tài)的研究?，F代電子能譜學已經發(fā)展為一門獨立的，完整的學科。由于俄歇過程涉及到三電子過程，其化學位移往往比XPS的要大得多。利用離子束的濺射效應可以獲得元素沿深度的化學成份分布信息。電子能譜的總體發(fā)展趨勢是向高空間分辨，高能量分辨，圖像分析方面發(fā)展。電子能譜學與表面分析的關系1可用電子激發(fā)，并形成聚焦（XPS只能用X、UV）；它是這些學科發(fā)展的交叉點，涉及到固體物理，真空電子學，物理化學，計算機數據等。它是這些學科發(fā)展的交叉點，涉及到固體物理，真空電子學，物理化學，計算機數據等。在該理論中指明了光子能量與發(fā)射電子能量的關系。它是這些學科發(fā)展的交叉點，涉及到固體物理，真空電子學，物理化學，計算機數據等。利用離子束的濺射效應可以獲得元素沿深度的化學成份分布信息。下圖為X射線激發(fā)俄歇電子產生過程。與XPS相比，優(yōu)點如下：33×10－4Pa的真空中1秒，就可以在樣品表面吸附一個原子層。電子能譜學可以定義為利用具有一定能量的粒子（光子，電子，粒子）轟擊特定的樣品，研究從樣品中釋放出來的電子或離子的能量分布和空間分布，從而了解樣品的基本特征的方法。精品課件！在該理論中指明了光子能量與發(fā)射電子能量的關系。對于有些元素，XPS的化學位移非常小，不能用來研究化學狀態(tài)的變化。但電子能譜學也同樣是與多種學科交叉和融合的。2可掃描得到AuE象，直觀反映表面；它是研究原子，分子和固體材料的有力工具。由于俄歇過程涉及到三電子過程，其化學位移往往比XPS的要大得多。由此可見，物理學是電子能譜學的發(fā)展基礎，但電子能譜學的應用不僅僅局限于物理學，在化學，材料以及電子等學科方面具有重要的應用前景。其原理與電子束激發(fā)的俄歇譜相同，僅是激發(fā)源不同。電子能譜的總體發(fā)展趨勢是向高空間分辨，高能量分辨，圖像分析方面發(fā)展。由于俄歇過程涉及到三電子過程，其化學位移往往比XPS的要大得多。此外，分析器的能量