表面分析俄歇电子能谱的应用

俄歇电子能谱分析一、俄歇电子能谱分析的概况与X射线光电子能谱（XPS）一样，俄歇电子能谱（AES）也可以分析除氢氦以外的所有元素，现已发展成为表面元素定性、半定量分析、元素深度分布分析和微区分析的重要手段。

三十多年的来，俄歇电子能谱无论在理论上和实验技术上都已获得了长足的发展。

俄歇电子能谱的应用领域已不再局限于传统的金属和合金，而扩展到现代迅猛发展的纳米薄膜技术和微电子技术，并大力推动了这些新兴学科的发展。

目前AES分析技术已发展成为一种最主要的表面分析工具。

在俄歇电子能谱仪的技术方面也取得了巨大的进展。

在真空系统方面已淘汰了会产生油污染的油扩散泵系统，而采用基本无有机物污染的分子泵和离子泵系统，分析室的极限真空也从10-8Pa提高到10-9Pa量级。

在电子束激发源方面，已完全淘汰了钨灯丝，发展到使用六硼化铼灯丝和肖特基场发射电子源，使得电子束的亮度，能量分辨率和空间分辨率都有了大幅度的提高。

现在电子束的最小束斑直径可以达到20nm，使得AES的微区分析能力和图象分辨率都得到了很大的提高。

AES具有很高的表面灵敏度，其检测极限约为10-3原子单层，其采样深度为1〜2nm，比XPS还要浅。

更适合于表面元素定性和定量分析，同样也可以应用于表面元素化学价态的研究。

配合离子束剥离技术，AES还具有很强的深度分析和界面分析能力。

其深度分析的速度比XPS的要快得多，深度分析的深度分辨率也比XPS的深度分析高得多。

常用来进行薄膜材料的深度剖析和界面分析。

此外，AES 还可以用来进行微区分析，且由于电子束束斑非常小，具有很高的空间分别率。

可以进行扫描和微区上进行元素的选点分析，线扫描分析和面分布分析。

因此AES方法在材料、机械、微电子等领域具有广泛应用，尤其是纳米薄膜材料领域。

二、基本原理俄歇电子能谱的原理比较复杂，涉及到原子轨道上三个电子的跃迁过程。

当X射线或电子束激发出原子内层电子后，在原子的内层轨道上产生一个空穴，形成了激发态正离子。

俄歇能谱是一种表面分析技术，利用高能电子束作为激发源，通过分析逃逸电子的能量，可以获得表面元素的定性和定量结果。

其作用深度仅为几个原子层，具有高灵敏度、高分辨率和高分析速度等特点。

俄歇能谱广泛应用于多个领域，如物理、化学、新材料、半导体材料、失效分析等。

结合离子刻蚀技术，俄歇能谱可以方便地获得材料表面沿深度方向的元素分布状态，是表面成分分析的重要手段之一。

此外，俄歇能谱还可以用于分析固体材料表面纳米深度的元素（部分化学态）成分组成，可以对纳米级形貌进行观察和成分表征。

既可以用于分析原材料（粉末颗粒，片材等）均匀表面组成，又可以用于分析材料表面缺陷如污染、腐蚀、掺杂、吸附等。

材料科学XPS 、AES、UPS、EDS四大能谱分析介绍能谱分析能谱分析法是采用单色光源（如X射线、紫外光）或电子束去照射样品，使样品中电子受到激发而发射出来（这些自由电子带有样品表面信息），然后测量这些电子的产额（强度）对其能量的分布，从中获得有关信息的一类分析方法，广泛应用于材料表面分析技术。

主要有：俄歇电子能谱分析（AES）、X射线光电子能谱分析(XPS) 、紫外光电子能谱（UPS），能谱仪-电镜联用等方法。

仪器厂家1俄歇电子能谱法（AES）俄歇电子能谱法是用具有一定能量的电子束(或X射线)激发样品俄歇效应，通过检测俄歇电子的能量和强度，从而获得有关材料表面化学成分和结构的信息的方法。

利用受激原子俄歇跃迁退激过程发射的俄歇电子对试样微区的表面成分进行的定性定量分析。

AES可以用于研究固体表面的能带结构、表面物理化学性质的变化（如表面吸附、脱附以及表面化学反应）；用于材料组分的确定、纯度的检测、材料尤其是薄膜材料的生长等。

原理：俄歇电子的产生和俄歇电子跃迁过程：一定能量的电子束轰击固体样品表面，将样品内原子的内层电子击出，使原子处于高能的激发态。

外层电子跃迁到内层的电子空位，同时以两种方式释放能量：发射特征X射线；或引起另一外层电子电离，使其以特征能量射出固体样品表面，此即俄歇电子。

俄歇跃迁的方式不同，产生的俄歇电子能量不同。

上图所示俄歇跃迁所产生的俄歇电子可被标记为WXY跃迁。

如 KLL跃迁：K层电子被激发后，可产生KL1L1，KL1L2，KL2L3…等K系俄歇电子。

应用方向：1、通过俄歇电子谱研究化学组态：原子“化学环境”指原子的价态或在形成化合物时，与该(元素)原子相结合的其它(元素)原子的电负性等情况。

2、定性分析：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，可根据俄歇电子的动能来定性分析样品表面物质的元素种类。

3、定量分析或半定量分析：俄歇电子强度与样品中对应原子的浓度有线性关系，据此可以进行元素的半定量分析。

材料分析与表征作业俄歇电子能谱实验报告B组2010/12/16清华大学材料系目录俄歇电子能谱分析实验报告 (2)1. 实验目的 (2)2．实验原理 (2)2.1 AES简介 (2)2.2 俄歇效应 (2)2.3 俄歇电子能量 (4)2.4 俄歇电流的计算 (5)2.5 俄歇电子能谱仪 (6)2.6俄歇电子能谱在材料分析中的应用 (7)3．实验仪器及样品的制备 (8)4．实验内容 (8)5．数据分析 (9)参考文献 (10)俄歇电子能谱分析实验报告1. 实验目的本次实验的目的是了解AES 电子能谱的基本原理；完整记录实验曲线；了解AES 电子能谱的基本实验技术及其主要特点，分析待测样品的成分、化学价态。

2．实验原理2.1 AES简介俄歇电子能谱，英文全称为Auger Electron Spectroscopy，简称为AES，是材料表面化学成分分析、表面元素定性和半定量分析、元素深度分布分析及微区分析的一种有效的手段。

俄歇电子能谱仪具有很高表面灵敏度，通过正确测定和解释AES 的特征能量、强度、峰位移、谱线形状和宽度等信息，能直接或间接地获得固体表面的组成、浓度、化学状态等信息。

当原子的内层电子被激发形成空穴后，原子处于较高能量的激发态。

这一状态是不稳定的，它将自发跃迁到能量较低的状态——退激发过程，存在两种退激发过程：一种是以特征X射线形式向外辐射能量——辐射退激发；另一种通过原子内部的转换过程把能量交给较外层的另一电子，使它克服结合能而向外发射——非辐射退激发过程(Auger过程)。

向外辐射的电子称为俄歇电子。

其能量仅由相关能级决定，与原子激发状态的形成原因无关，因而它具有“指纹”特征，可用来鉴定元素种类。

2.2 俄歇效应处于基态的原子若用光子或电子冲击激发使内层电子电离后，就在原子的芯能级上产生一个空穴。

这一芯空穴导致外壳层收缩。

这种情形从能量上看是不稳定的，并发生弛豫，K空穴被高能态L1的一个电子填充，剩余的能量(E K-E L1)用于释放一个电子，即俄歇电子。

光电子能谱仪俄歇电子能谱仪在环境化学分析中的应用摘要：本文介绍了现代X光电子能谱仪以及俄歇电子能谱仪的主要部件的结构特点。

在此基础上介绍了仪器的主要性能指标以及仪器在环境化学分析中的应用。

关键字：X光电子能谱俄歇光电子能谱性能指标应用引言：X光电子能谱分析技术已成为表面分析中的常规分析技术，在催化化学、新材料研制、微电子、陶瓷材料等方面得到了广泛的应用。

在我国电子能谱也已经得到了广泛的应用。

自从上世纪五十年代至今，电子能谱仪已经发展了半个多世纪，其功能得到了完善和扩充，性能得到了很大的提高，仪器的维护使用和自动化程度也得到了很大的提高[1-4]。

对于一些电子能谱仪的基本结构单元、性能等在普通的电子能谱书籍中可以查阅到[5,6]，此处不再赘述，本文将着重介绍现代X光电子能谱仪以及俄歇电子能谱仪的结构和特点。

1 现代X光电子能谱仪结构一般电子能谱仪包括：激发源，电子能量分析器，电子倍增器，微电子线路控制，计算机软件数据系统，真空系统，分析室，样品制备室以及样品制备装置等等，现代电子能谱仪以此为基础作了很大的改进[7]。

1.1 单色化X射线源目前主要使用的是AlKα射线单色源，它由Al靶X射线源和石英晶体组成。

Al靶激发的X射线(1486.6eV)经过石英晶体发生布拉格衍射使Al的X射线单色化。

为了增加照射样品的X 光强度，提高灵敏度和实现小束斑XPS分析，不同的仪器厂家采用不同的方法。

第一种方法是微聚焦单色化，聚焦电子束轰击在阳极靶上某一位子，产生的X光经过凹面石英晶体布拉格反射后聚焦照射到样品上，凹面石英晶体的反射使得X射线聚焦成一个束斑，提高了X光照射到样品上的功率密度。

在此方法中阳极靶、石英晶体和样品位于同一罗兰圆上。

另一种方法采用光阑遮挡X光束或采样区域（即限定X光源方法或限定光电子发射面积方法），同时为了增加灵敏度，必须提高X光枪的功率。

1.2 电子能量分析器对于XPS仪器目前一般采用静电半球型（HSA）能量分析器。