1.俄歇電子能譜研究化學(xué)組態(tài)

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（1）原子“化學(xué)環(huán)境”指原子的價(jià)態(tài)或在形成化合物時(shí)，與該(元素)原子相結(jié)合的其它(元素)原子的電負(fù)性等情況 ? ? ? ? ??
如：原子發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移(如價(jià)態(tài)變化)引起內(nèi)層能級(jí)變化，從而改變俄歇躍遷能量，導(dǎo)致俄歇峰位移；?

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（2） 原子“化學(xué)環(huán)境”的變化不僅會(huì)引起俄歇峰的位移（稱(chēng)為化學(xué)位移），還會(huì)引起俄歇峰強(qiáng)度的變化。這兩個(gè)變化的重疊將導(dǎo)致俄歇峰的變化（圖）。

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（3） 俄歇躍遷涉及三個(gè)能級(jí)。當(dāng)元素的化學(xué)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，能級(jí)狀態(tài)變化不大。結(jié)果，這些俄歇電子峰與零價(jià)態(tài)的峰相比有幾個(gè)電子伏特的位移。因此，從俄歇電子峰的位置和形狀可以知道樣品表面原子的化學(xué)環(huán)境或化學(xué)狀態(tài)的信息。

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2、定性分析

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根據(jù)：俄歇電子的能量只與原子本身的軌道能級(jí)有關(guān)，與入射電子的能量無(wú)關(guān)。對(duì)于特定的元素和特定的俄歇躍遷過(guò)程，其俄歇電子的能量是特征的。因此，可以根據(jù)俄歇電子的動(dòng)能定性地分析樣品表面材料的元素種類(lèi)。

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方法：實(shí)際分析的俄歇電子能譜是樣品中各種元素的俄歇電子能譜的組合。定性分析的方法是將測(cè)得的俄歇電子能譜與純?cè)氐臉?biāo)準(zhǔn)譜進(jìn)行比較，并通過(guò)比較峰的位置和形狀來(lái)確定元素的類(lèi)型。

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（1） 俄歇電子能譜定性分析方法適用于除氫、氦以外的所有元素，且每個(gè)元素都有多個(gè)俄歇峰，因此定性分析的準(zhǔn)確度很高。

（2） AES技術(shù)適用于所有元素的一次全分析，對(duì)未知樣品的定性鑒別非常有效。

（3）為了增加譜圖的信背比，通常采用俄歇譜的微分譜的負(fù)峰來(lái)進(jìn)行定性鑒定。

（5） 由于原子序數(shù)相近的元素激發(fā)的俄歇電子的動(dòng)能差別很大，因此相鄰元素之間的干擾很小。

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定性分析的一般步驟

（1） 利用“主俄歇電子能量圖”，確定了可能對(duì)應(yīng)于被測(cè)光譜中最強(qiáng)峰的幾個(gè)元素（一般為2和3）；

（2） 將測(cè)得的光譜與幾種可能元素的標(biāo)準(zhǔn)光譜進(jìn)行比較，以確定與最強(qiáng)峰對(duì)應(yīng)的所有峰；

（3） 重復(fù)上述步驟，以確定測(cè)量光譜中未確定的剩余峰。注：化學(xué)環(huán)境對(duì)俄歇光譜的影響使定性分析變得困難（但也為研究樣品的表面狀況提供了有用的信息），因此應(yīng)注意鑒別。

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3、定量分析或半定量分析

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俄歇電子強(qiáng)度與樣品中對(duì)應(yīng)原子的濃度有線(xiàn)性關(guān)系，據(jù)此可以進(jìn)行元素的半定量分析。

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俄歇電子強(qiáng)度除與原子的濃度有關(guān)外，還與樣品表面的光潔度、元素存在的化學(xué)狀態(tài)以及儀器的狀態(tài)（譜儀對(duì)不同能量的俄歇電子的傳輸效率不同）有關(guān)，譜儀的污染程度、樣品表面的C和O的污染、吸附物的存在、激發(fā)源能量的不同均影響定量分析結(jié)果，所以，AES不是一種很好的定量分析方法，它給出的僅僅是半定量的分析結(jié)果。

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根據(jù)測(cè)得的俄歇電子信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)確定產(chǎn)生俄歇電子的元素在樣品表面的濃度。元素的濃度用原子分?jǐn)?shù)C表示。C即樣品表面區(qū)域單位體積內(nèi)元素X的原子數(shù)占總原子數(shù)的分?jǐn)?shù)（百分比）。定量分析方法有以下兩種：

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(1) 標(biāo)準(zhǔn)樣品法

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純?cè)貥?biāo)樣法：在相同條件下測(cè)量樣品中元素X和純?cè)豖標(biāo)樣的同一俄歇峰，俄歇電子信號(hào)強(qiáng)度分別為Ix和Ixstd，則：? ? ? ? ?

? ? ? ? ? ?

Cx ＝Ix / Ixstd?

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多元素標(biāo)樣法：用多元素標(biāo)樣（各元素濃度均已知）代替純?cè)貥?biāo)樣，標(biāo)樣的元素種類(lèi)及含量與樣品相近。設(shè)Cxstd為標(biāo)樣中元素X的原子分?jǐn)?shù)，則：

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Cx ＝Cxstd Ix / Ixstd?

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因需提供大量標(biāo)樣，所以，實(shí)際分析中標(biāo)準(zhǔn)樣品法應(yīng)用不多。

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(2) 相對(duì)靈敏度因子法

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該法是將各元素產(chǎn)生的俄歇電子信號(hào)均換算成純Ag當(dāng)量來(lái)進(jìn)行比較計(jì)算。具體過(guò)程：在相同條件下測(cè)量純?cè)豖和純Ag的主要俄歇峰強(qiáng)度Ix和IAg，比值Sx＝Ix / IAg即為元素X的相對(duì)靈敏度因子，表示元素X產(chǎn)生俄歇電子信號(hào)與純Ag產(chǎn)生的相當(dāng)程度。這樣，元素X的原子分?jǐn)?shù)為：

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式中，為Ii樣品中元素i的俄歇峰強(qiáng)度，Si為元素i的相對(duì)靈敏度因子，可從相關(guān)手冊(cè)中查出。因此，只要測(cè)出樣品中各元素的俄歇電子信號(hào)強(qiáng)度，查出相應(yīng)元素的Si ，即可計(jì)算各元素的濃度，而不需要任何標(biāo)樣。故相對(duì)靈敏度因子法最常用。

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4、成分深度分析

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AES的深度分析功能是AES最有用的分析功能，主要分析元素及含量隨樣品表面深度的變化。

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鍍銅鋼深度分析曲線(xiàn)

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采用能量為500eV～5keV的惰性氣體氬離子濺射逐層剝離樣品，并用俄歇電子能譜儀對(duì)樣品原位進(jìn)行分析，測(cè)量俄歇電子信號(hào)強(qiáng)度I （元素含量）隨濺射時(shí)間t（濺射深度）的關(guān)系曲線(xiàn),這樣就可以獲得元素在樣品中沿深度方向的分布。

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在經(jīng)過(guò)界面反應(yīng)后，在PZT薄膜與硅基底間形成了穩(wěn)定的SiO2界面層。這界面層是通過(guò)從樣品表面擴(kuò)散進(jìn)的氧與從基底上擴(kuò)散出的硅反應(yīng)而形成的。

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濺射產(chǎn)額與離子束的能量、種類(lèi)、入射方向、被濺射固體材料的性質(zhì)以及元素種類(lèi)有關(guān)。

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多組分材料由于其中各元素的濺射產(chǎn)額不同，濺射產(chǎn)額高的元素被大量濺射掉，而濺射產(chǎn)額低的元素在表面富集，使得測(cè)量成分發(fā)生變化，稱(chēng)之為擇優(yōu)濺射。有時(shí)擇優(yōu)濺射的影響很大。如上圖。

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工作模式有兩種：

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1)連續(xù)濺射式：離子濺射的同時(shí)進(jìn)行AES分析；? ?2)間歇濺射式：離子濺射和AES分析交替進(jìn)行。

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離子濺射深度分布分析是一種破壞性分析方法。離子的濺射過(guò)程非常復(fù)雜，不僅會(huì)改變樣品表面的成分和形貌，有時(shí)還會(huì)引起元素化學(xué)價(jià)態(tài)的變化。濺射產(chǎn)生的表面粗糙也會(huì)大大降低深度剖析的深度分辨率。濺射時(shí)間越長(zhǎng)，表面粗糙度越大，解決方法是旋轉(zhuǎn)樣品，以增加離子束的均勻性。

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5、微區(qū)分析

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微區(qū)分析也是俄歇電子能譜分析的一個(gè)重要功能，可以分為選點(diǎn)分析，線(xiàn)掃描分析和面掃描分析三個(gè)方面。

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這種功能是俄歇電子能譜在微電子器件研究中最常用的方法，也是納米材料研究的主要手段。

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（1）選點(diǎn)分析

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俄歇電子能譜選點(diǎn)分析的空間分別率可以達(dá)到束斑面積大小。因此，利用俄歇電子能譜可以在很微小的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行選點(diǎn)分析。

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a. 在正常樣品區(qū)，表面主要有Si, N以及C和O元素存在;

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b. 而在損傷點(diǎn)，表面的C,O含量很高，而Si, N元素的含量卻比較低;

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c. 說(shuō)明在損傷區(qū)發(fā)生了Si3N4薄膜的分解。

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(2)線(xiàn)掃描分析

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俄歇線(xiàn)掃描線(xiàn)掃描分析可以在微觀(guān)和宏觀(guān)的范圍內(nèi)進(jìn)行(1～6000微米)，可以了解一些元素沿某一方向的分布情況。

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橫坐標(biāo)為線(xiàn)掃描寬度，縱坐標(biāo)為元素的信號(hào)強(qiáng)度

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（3）面掃描：元素面分布分析

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可以把某個(gè)元素在某一區(qū)域內(nèi)的分布以圖像的方式表示出來(lái)。

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6、俄歇電子能譜分析的特點(diǎn)

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(1)分析層薄，0～3nm。AES的采樣深度為1～2nm，比XPS(對(duì)無(wú)機(jī)物約2nm，對(duì)高聚物≤10nm)還要淺，更適合于表面元素定性和定量分析。

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(2)分析元素廣，除H和He外的所有元素，對(duì)輕元素敏感。

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(3)分析區(qū)域小，≤50nm區(qū)域內(nèi)成分變化的分析。由于電子束束斑非常小，AES具有很高的空間分辨率，可以進(jìn)行掃描和在微區(qū)上進(jìn)行元素的選點(diǎn)分析、線(xiàn)掃描分析和面分布分析。

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(4)可獲得元素化學(xué)態(tài)的信息。

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(5)具有元素深度分布分析的能力，需配合離子束剝離技術(shù)。

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(6)定量分析精度還不夠高。

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俄歇電子能譜現(xiàn)已發(fā)展成為表面元素定性、半定量分析、元素深度分布分析和微區(qū)分析的重要手段。在材料研究領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

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本文來(lái)源：百家號(hào)、小木蟲(chóng)

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