俄歇电子能谱的基本原理
- 发布时间：2015/8/12 16:47:37
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俄歇电子能谱（Auger electron spectroscopy，简称AES），是一种利用高能电子束为激发源的表面科学和材料科学的分析技术。因此技术主要借由俄歇效应进行分析而命名之。AES分析区域受激原子发射出具有元素特征的俄歇电子。
简介
俄歇电子能谱学（Auger electron spectroscopy，简称AES），是一种表面科学和材料科学的分析技术。因此技术主要借由俄歇效应进行分析而命名之。这种效应系产生于受激发的原子的外层电子跳至低能阶所放出的能量被其他外层电子吸收而使后者逃脱离开原子，这一连串事件称为俄歇效应，而逃脱出来的电子称为俄歇电子。1953年，俄歇电子能谱逐渐开始被实际应用于鉴定样品表面的化学性质及组成的分析。其特点在俄歇电子来自浅层表面，仅带出表面的资讯，并且其能谱的能量位置固定，容易分析。
基本原理
物理原理
入射电子束和物质作用，可以激发出原子的内层电子形成空穴。外层电子填充空穴向内层跃迁过程中所释放的能量，可能以X光的形式放出，即产生特征X射线，也可能又使核外另一电子激发成为自由电子，这种自由电子就是俄歇电子。俄歇电子和X射线产额俄歇电子和X射线产额入射电子束和物质作用，可以激发出原子的内层电子。外层电子向内层跃迁过程中所释放的能量，可能以X光的形式放出，即产生特征X射线，也可能又使核外另一电子激发成为自由电子，这种自由电子就是俄歇电子[1] 。对于一个原子来说,激发态原子在释放能量时只能进行一种发射：特征X射线或俄歇电子。原子序数大的元素，特征X射线的发射几率较大，原子序数小的元素，俄歇电子发射几率较大，当原子序数为33时，两种发射几率大致相等。因此，俄歇电子能谱适用于轻元素的分析。
简介
俄歇电子能谱学（Auger electron spectroscopy，简称AES），是一种表面科学和材料科学的分析技术。因此技术主要借由俄歇效应进行分析而命名之。这种效应系产生于受激发的原子的外层电子跳至低能阶所放出的能量被其他外层电子吸收而使后者逃脱离开原子，这一连串事件称为俄歇效应，而逃脱出来的电子称为俄歇电子。1953年，俄歇电子能谱逐渐开始被实际应用于鉴定样品表面的化学性质及组成的分析。其特点在俄歇电子来自浅层表面，仅带出表面的资讯，并且其能谱的能量位置固定，容易分析。
基本原理
物理原理
入射电子束和物质作用，可以激发出原子的内层电子形成空穴。外层电子填充空穴向内层跃迁过程中所释放的能量，可能以X光的形式放出，即产生特征X射线，也可能又使核外另一电子激发成为自由电子，这种自由电子就是俄歇电子。俄歇电子和X射线产额俄歇电子和X射线产额入射电子束和物质作用，可以激发出原子的内层电子。外层电子向内层跃迁过程中所释放的能量，可能以X光的形式放出，即产生特征X射线，也可能又使核外另一电子激发成为自由电子，这种自由电子就是俄歇电子[1] 。对于一个原子来说,激发态原子在释放能量时只能进行一种发射：特征X射线或俄歇电子。原子序数大的元素，特征X射线的发射几率较大，原子序数小的元素，俄歇电子发射几率较大，当原子序数为33时，两种发射几率大致相等。因此，俄歇电子能谱适用于轻元素的分析。
如果电子束将某原子K层电子激发为自由电子，L层电子跃迁到K层，释放的能量又将L层的另一个电子激发为俄歇电子，这个俄歇电子就称为KLL俄歇电子。同样，LMM俄歇电子是L层电子被激发，M层电子填充到L层俄歇电子发射原理图解俄歇电子发射原理图解，释放的能量又使另一个M层电子激发所形成的俄歇电子。
俄歇跃迁
对于自由原子来说,围绕原子核运转的电子处于一些不连续的"轨道 ”上,这些 “ 轨道 ” 又组成K、L、M、N 等电子壳层。 我们用“ 能级 ”的概念来代表某一轨道上电子能量的大小。由于入射电子的激发，内层 电子被 电离， 留下一个空穴。 此时原子处于激发态， 不稳定。 较高能级上的一个电子降落到内层能级的空位中去，同时放出多余的能量。 这些能量可以作为光子发射特征射线，也可以转移给第三个电子并使之发射出来。 这就是俄歇电子。 通常用射线能级来标志俄歇跃迁。 例如KL1L2俄歇电子就是表示zui初K能级被电离，L1能级的电子填入K能级空位，多余的能量传给了L2能级上 的一个电子，并使之发射出来。
能量公式
对于原子序数为Z的原子,俄歇电子的能量可以用下面经验公式计算：
EY(Z)=EW(Z)-EX(Z)-EY(Z+ Δ)-Φ
式中， EY(Z)：原子序数为Z的原子，W空穴被X电子填充得到的俄歇电子Y的能量。
EW(Z)-EX(Z)：X电子填充W空穴时释放的能量。
EY(Z+Δ)：Y电子电离所需的能量。
因为Y电子是在已有一个空穴的情况下电离的，因此，该电离能相当于原子序数为Z和Z 1之间的原子的电离能。其中Δ=1/2-1/3。根据式(10.6)和各元素的电子电离能，可以计算出各俄歇电子的能量，制成谱图手册。因此，只要测定出俄歇电子的能量，对照现有的俄歇电子能量图表，即可确定样品表面的成份。 俄歇电子能谱实例俄歇电子能谱实例由于一次电子束能量远高于原子内层轨道的能量，可以激发出多个内层电子，会产生多种俄歇跃迁，因此,在俄歇电子能谱图上会有多组俄歇峰，虽然使定性分析变得复杂，但依靠多个俄歇峰,会使得定性分析准确度很高，可以进行除氢氦之外的多元素一次定性分析。同时,还可以利用俄歇电子的强度和样品中原子浓度的线性关系,进行元素的半定量分析,俄歇电子能谱法是一种灵敏度很高的表面分析方法。其信息深度为1.0-3.0nm,灵敏可达到10-3单原子层。是一种很有用的分析方法。
俄歇电流
从纯净固体表面测得的俄歇电流大约是10-5Ip，Ip是入射电子束流。 俄歇电流原则上可以通过估计电离截面来计算，但由于受多种因子的影响。 计算很复杂，并与实验符合得不好。 在实际测量时，为了使俄歇电流达到zui大，必须选择适当的EP/EW比例。EP是入射电子的能量，EW是zui初被电离的内层能级的能量。 若EP<EW则不足以电离W能级，俄歇电子产额等于零。 若EP》EW，则人射电子和原子相互作用的时间不足，也不利于提高俄歇产额。 能获得zui大俄歇电子产额的EP/EW比例大约是2—6 。 用小角度入射掠射 时可以增加有效的 “ 检测体积 ”，使更多的表面原子电离, 从而增加俄歇产额。 一般来说*的入射角是10°—30°。
对于自由原子来说,围绕原子核运转的电子处于一些不连续的"轨道 ”上,这些 “ 轨道 ” 又组成K、L、M、N 等电子壳层。 我们用“ 能级 ”的概念来代表某一轨道上电子能量的大小。由于入射电子的激发，内层 电子被 电离， 留下一个空穴。 此时原子处于激发态， 不稳定。 较高能级上的一个电子降落到内层能级的空位中去，同时放出多余的能量。 这些能量可以作为光子发射特征射线，也可以转移给第三个电子并使之发射出来。 这就是俄歇电子。 通常用射线能级来标志俄歇跃迁。 例如KL1L2俄歇电子就是表示zui初K能级被电离，L1能级的电子填入K能级空位，多余的能量传给了L2能级上 的一个电子，并使之发射出来。
能量公式
对于原子序数为Z的原子,俄歇电子的能量可以用下面经验公式计算：
EY(Z)=EW(Z)-EX(Z)-EY(Z+ Δ)-Φ
式中， EY(Z)：原子序数为Z的原子，W空穴被X电子填充得到的俄歇电子Y的能量。
EW(Z)-EX(Z)：X电子填充W空穴时释放的能量。
EY(Z+Δ)：Y电子电离所需的能量。
因为Y电子是在已有一个空穴的情况下电离的，因此，该电离能相当于原子序数为Z和Z 1之间的原子的电离能。其中Δ=1/2-1/3。根据式(10.6)和各元素的电子电离能，可以计算出各俄歇电子的能量，制成谱图手册。因此，只要测定出俄歇电子的能量，对照现有的俄歇电子能量图表，即可确定样品表面的成份。 俄歇电子能谱实例俄歇电子能谱实例由于一次电子束能量远高于原子内层轨道的能量，可以激发出多个内层电子，会产生多种俄歇跃迁，因此,在俄歇电子能谱图上会有多组俄歇峰，虽然使定性分析变得复杂，但依靠多个俄歇峰,会使得定性分析准确度很高，可以进行除氢氦之外的多元素一次定性分析。同时,还可以利用俄歇电子的强度和样品中原子浓度的线性关系,进行元素的半定量分析,俄歇电子能谱法是一种灵敏度很高的表面分析方法。其信息深度为1.0-3.0nm,灵敏可达到10-3单原子层。是一种很有用的分析方法。
俄歇电流
从纯净固体表面测得的俄歇电流大约是10-5Ip，Ip是入射电子束流。 俄歇电流原则上可以通过估计电离截面来计算，但由于受多种因子的影响。 计算很复杂，并与实验符合得不好。 在实际测量时，为了使俄歇电流达到zui大，必须选择适当的EP/EW比例。EP是入射电子的能量，EW是zui初被电离的内层能级的能量。 若EP<EW则不足以电离W能级，俄歇电子产额等于零。 若EP》EW，则人射电子和原子相互作用的时间不足，也不利于提高俄歇产额。 能获得zui大俄歇电子产额的EP/EW比例大约是2—6 。 用小角度入射掠射 时可以增加有效的 “ 检测体积 ”，使更多的表面原子电离, 从而增加俄歇产额。 一般来说*的入射角是10°—30°。