3/3俄歇電子能譜簡介俄歇電子能譜簡介

例如，原子中一個K層電子被入射光量子擊出后，L層一個電子躍入K層填補空位，此時多余的能量不以輻射X光量子的方式放出，而是另一個L層電子獲得能量躍出吸收體，這樣的一個K層空位被兩個L層空位代替的過程稱為俄歇效應(yīng)，躍出的L層電子稱為俄歇電子[1]。

在上述躍遷過程中一個電子能量的降低，伴隨另一個電子能量的增高，這個躍遷過程就是俄歇效應(yīng)。從上述過程可以看出，至少有兩個能級和三個電子參與俄歇過程，所以氫原子和氦原子不能產(chǎn)生俄歇電子。同樣孤立的鋰原子因為最外層只有一個電子，也不能產(chǎn)生俄歇電子。但是在固體中價電子是共用的，所以在各種含鋰化合物中也可以看到從鋰發(fā)生的俄歇電子。俄歇電子的動能取決于元素的種類。

2.俄歇電子的表示

每一俄歇電子的發(fā)射都涉及3個電子能級，故常以三殼層符號并列表示俄歇躍遷和俄歇電子。如KL1L1，L1M1M1，L2,3VV，如下圖：

3.俄歇過程和俄歇電子能量

WXY躍遷產(chǎn)生的俄歇電子的動能可近似地用經(jīng)驗公式估算，即：EWXY=EW—EX—EY,如下圖（WXY俄歇過程示意圖）：

4.俄歇電子能譜

顯然，俄歇電子與特征X射線一樣，其能量與入射粒子無關(guān)，而僅僅取決于受激原子核外能級，所以，根據(jù)莫塞萊定律，可以利用此信號所攜帶的能量特征和信號強度，對試樣進行元素組成的定性定量分析。

俄歇電子能譜儀(AES)就是建立在電子技術(shù)、弱信號檢測技術(shù)和超高真空技術(shù)基礎(chǔ)上的一種研究材料表面組成元素的新型分析儀器。

俄歇電子能譜儀，就是根據(jù)分析俄歇電子的基本特性所得到材料有關(guān)表層化學(xué)成分的定性或定量信息的儀器。主要應(yīng)用于表層輕微元素分析。今年來，由于超高真空和能譜檢測技術(shù)的發(fā)展，俄歇譜儀作為一種極為有效的表面分析工具，為探索和澄清許多涉及表面現(xiàn)象的理論和工藝問題，做出了十分可貴的貢獻，日益受到人們的普遍重視[2]。

AES有很多優(yōu)點如下：（1）在距表面0.5~2nm范圍內(nèi)，靈敏度高、分析速度快；（2）能探測周期表上He以后的所有元素；（3）對于輕元素C、O、N、S、P等有較高的分析靈敏度；（4）可進行成分的深度剖析或薄膜及界面分析。

5.樣品制備技術(shù)

俄歇電子能譜儀對分析樣品有特定的要求，在通常情況下只能分析固體導(dǎo)電樣品。經(jīng)過特殊處理，絕緣體固體也可以進行分析。粉體樣品原則上不能進行俄歇電子能譜分析，但經(jīng)特殊制樣處理也可以進行分析[3]。由于涉及到樣品在真空中的傳遞和放置，所以待分析樣品一般都需要經(jīng)過一定的預(yù)處理。

5.1.樣品的尺寸

在實驗過程中，樣品必須通過傳遞桿，穿過超高真空隔離閥，送到樣品分析室，所以樣品的尺寸必須符合一定規(guī)范，以利于真空系統(tǒng)的快速進樣。塊狀樣品和薄膜樣品，長寬最好小于10mm，高度小于5mm。體積較大的樣品，必須通過適當(dāng)方法制備成大小合適的樣品。

5.2.粉末樣品的處理

粉體樣品有兩種常用的制樣方法：一是用導(dǎo)電膠帶直接把粉體固定在樣品臺上

[4]，一是把粉體樣品壓成薄片，然后再固定在樣品臺上[5]。

5.3.揮發(fā)性樣品的處理

對于含有揮發(fā)性物質(zhì)的樣品，在樣品進入真空系統(tǒng)前必須清除揮發(fā)性物質(zhì)。一般可以對樣品進行加熱或用溶劑清洗。對含有油性物質(zhì)的樣品，一般依次用正己烷、丙酮和乙醇超聲清洗[6]，然后紅外烘干，才可以進入真空系統(tǒng)。

5.4.表面污染樣品的處理

對于表面有油等有機物污染的樣品，在進入真空系統(tǒng)前，必須用油溶性溶劑，如環(huán)己烷，丙酮等清洗樣品表面的油污，最后再用乙醇洗去有機溶劑。為了保證樣品表面不被氧化，一般采用自然干燥[7]。有些樣品可以進行表面打磨等處理。

6.俄歇電子能譜儀的應(yīng)用

俄歇電子能譜可以用來研究固體表面的能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度等。俄歇電子能譜還常用來研究表面的物理化學(xué)性質(zhì)的變化。如表面吸附、脫附以及表面化學(xué)反應(yīng)。在材料科學(xué)領(lǐng)域，俄歇電子能譜主要應(yīng)用于材料組分的確定，純度的檢測，材料特別是薄膜材料的生長。俄歇電子能譜可以研究表面化學(xué)吸附以及表面化學(xué)反應(yīng)。在物理學(xué)，化學(xué)，材料科學(xué)以及微電子學(xué)等方面有著重要的應(yīng)用。

6.1.固體表面清潔程度的測定

在研究工作中，經(jīng)常需要獲得清潔的表面。一般對于金屬樣品可以通過加熱氧化除去有機物污染，再通過真空熱退火除去氧化物而得到清潔表面。而最簡單的方法則是離子槍濺射樣品表面來除去表面污染物。樣品的表面清潔程度可以用俄歇電子能譜來實時監(jiān)測。

6.2.表面吸附和化學(xué)反應(yīng)的研究

由于俄歇電子能譜具有很高的表面靈敏度，可以檢測到10-3原子單層，因此可以很方便和有效地用來研究固體表面的化學(xué)吸附和化學(xué)反應(yīng)。

6.3.薄膜厚度測定

通過俄歇電子能譜的深度剖析，可以獲得多層膜的厚度。由于濺射速率與材料的性質(zhì)有關(guān)，這種方法獲得的薄膜厚度一般是一種相對厚度。但在實際過程中，大部分物質(zhì)的濺射速率相差不大，或者通過基準(zhǔn)物質(zhì)的校準(zhǔn)，可以獲得薄膜層的厚度。這種方法對于薄膜以及多層膜比較有效。對于厚度較厚的薄膜可以通過橫

截面的線掃描或通過掃描電鏡測量獲得。

6.4.薄膜的界面擴散反應(yīng)研究

在薄膜材料的制備和使用過程中，不可避免會產(chǎn)生薄膜層間的界面擴散反應(yīng)。對于有些情況下，希望薄膜之間能有較強的界面擴散反應(yīng)，以增強薄膜間的物理和化學(xué)結(jié)合力或形成新的功能薄膜層。而在另外一些情況則要降低薄膜層間的界面擴散反應(yīng)。如多層薄膜超晶格材料等。通過俄歇電子能譜的深度剖析，可以研究各元素沿深度方向的分布，因此可以研究薄膜的界面擴散動力學(xué)。同時，通過對界面上各元素的俄歇線形研究，可以獲得界面產(chǎn)物的化學(xué)信息，鑒定界面反應(yīng)產(chǎn)物。

俄歇電子能譜儀作為一種檢測和研究材