第19章俄歇電子能譜分析-在線瀏覽
2024-08-09 16:54本頁面
【正文】 退激發(fā)過程中還涉及到兩個次外層軌道。由于俄歇電子的能量僅與原子本身的軌道能級有關(guān)，與入射電子的能量無關(guān)，也就是說與激發(fā)源無關(guān)。由此，我們可以根據(jù)俄歇電子的動能用來定性分析樣品表面物質(zhì)的元素種類。因此，AES技術(shù)是適用于對所有元素進(jìn)行一次全分析的有效定性分析方法，這對于未知樣品的定性鑒定是非常有效的。因?yàn)槎硇娮拥膹?qiáng)度不僅與原子的多少有關(guān)，還與俄歇電子的逃深度、樣品的表面光潔度，元素存在的化學(xué)狀態(tài)以及儀器的狀態(tài)有關(guān)。且因?yàn)樵氐撵`敏度因子不僅與元素種類有關(guān)還與元素在樣品中的存在狀態(tài)及儀器的狀態(tài)有關(guān)，即使是相對含量不經(jīng)校準(zhǔn)也存在很大的誤差。AES是一種表面靈敏的分析技術(shù)，～ nm，提供的是表面上的元素含量，與體相成分會有很大的差別。事實(shí)上，在俄歇電子能譜分析中幾乎不同絕對含量這一概念。這種軌道結(jié)合能上的微小差異可以導(dǎo)致俄歇電子能量的變化，這種變化就稱作元素的俄歇化學(xué)位移，它取決于元素在樣品中所處的化學(xué)環(huán)境。利用這種俄歇化學(xué)位移可以分析元素在該物種中的化學(xué)價(jià)態(tài)和存在形式。隨著技術(shù)和理論的發(fā)展，俄歇化學(xué)效應(yīng)的應(yīng)用也受到了重視，甚至可以利用這種效應(yīng)對樣品表面進(jìn)行元素的化學(xué)成像分析。從圖上可見，俄歇電子能譜儀主要由快速進(jìn)樣系統(tǒng)，超高真空系統(tǒng)，電子槍，離子槍和能量分析系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)等組成。具體的操作方法詳見儀器操作使用說明書。而電子槍又可分為固定式電子槍和掃描式電子槍兩種。現(xiàn)在新一代譜儀較多地采用場發(fā)射電子槍，其優(yōu)點(diǎn)是空間分辨率高，束流密度大，缺點(diǎn)是價(jià)格貴，維護(hù)復(fù)雜。原則上粉體樣品不能進(jìn)行俄歇電子能譜分析。主要包括樣品大小，揮發(fā)性樣品的處理，表面污染樣品及帶有微弱磁性的樣品等的處理。 離子束濺射技術(shù) 在俄歇電子能譜分析中，為了清潔被污染的固體表面和進(jìn)行離子束剝離深度分析，常常利用離子束對樣品表面進(jìn)行濺射剝離。作為深度分析用的離子槍，～5 KeV的Ar離子源，離子束的束斑直徑在1～10mm范圍內(nèi)，并可掃描。為了提高分析過程的深度分辯率，一般應(yīng)采用間斷濺射方式。為了降低離子束的擇優(yōu)濺射效應(yīng)及基底效應(yīng)，應(yīng)提高濺射速率和降低每次濺射間隔的時間。俄歇深度分析表示的深度也是相對深度，而不是絕對深度。樣品表面荷電相當(dāng)于給表面自由的俄歇電子增加了一定的額外電壓, 使得測得的俄歇動能比正常的要高。有些導(dǎo)電性不好的樣品，經(jīng)常因?yàn)楹呻妵?yán)重而不能獲得俄歇譜。因此，對于一般的薄膜樣品，一般不用考慮其荷電效應(yīng)。一般定義俄歇電子能譜的采樣深度為俄歇電子平均自由程的3倍。 ～2 nm, 對于無機(jī)物為1 ～3 nm, 對于有機(jī)物為1 ～3 nm。 俄歇電子能譜圖的分析技術(shù). 1表面元素定性鑒定這是一種最常規(guī)的分析方法，也是俄歇電子能譜最早的應(yīng)用之一。為了增加譜圖的信背比，通常采用微分譜來進(jìn)行定性鑒定。此外，為了提高高能端俄歇峰的信號強(qiáng)度，可以通過提高激發(fā)電子能量的方法來獲得。在分析俄歇能譜圖時，必須考慮荷電位移問題。但對于絕緣體薄膜樣品，有時必須進(jìn)行校準(zhǔn)，以C eV作為基準(zhǔn)。，電子槍的加速電壓為3 KV。激發(fā)出來的俄歇電子由其俄歇過程所涉及的軌道的名稱標(biāo)記。這個電子就是被標(biāo)記為C KLL的俄歇電子。由于大部分元素都可以激發(fā)出多組光電子峰，因此非常有利于元素的定性標(biāo)定，排除能量相近峰的干擾。 由于相近原子序數(shù)元素激發(fā)出的俄歇電子的動能有較大的差異，因此相鄰元素間的干擾作用很小。它給出的僅是一種半定量的分析結(jié)果，即相對含量而不是絕對含量。這種比例關(guān)系可以通過下列公式換算： （）式中 ciwt 第i種元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度； ci 第i種元素的AES摩爾分?jǐn)?shù)； Ai 第i種元素的相對原子質(zhì)量。當(dāng)譜儀的分析器受到嚴(yán)重污染時， 低能端俄歇峰的強(qiáng)度可以大幅度下降。樣品表面的C, O污染以及吸附物的存在也會嚴(yán)重影響其定量分析的結(jié)果。. 3表面元素的化學(xué)價(jià)態(tài)分析表面元素化學(xué)價(jià)態(tài)分析是AES分析的一種重要功能，但由于譜圖解析的困難和能量分辨率低的緣故，一直未能獲得廣泛的應(yīng)用。再加上俄歇化學(xué)位移比XPS的化學(xué)位移大得多，且結(jié)合深度分析可以研究界面上的化學(xué)狀態(tài)。但是，由于我們很難找到俄歇化學(xué)位移的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，要判斷其價(jià)態(tài)，必須用自制的標(biāo)樣進(jìn)行對比，這是利用俄歇電子能譜研究化學(xué)價(jià)態(tài)的不利之處。俄歇電子能譜的線形分析也是進(jìn)行元素化學(xué)價(jià)態(tài)分析的重要方法。在SiO2物種中，Si eV, 而在單質(zhì)硅中，其Si eV。由圖可見，隨著界面的深入，SiO2物種的量不斷減少，單質(zhì)硅的量則不斷地增加。一般采用Ar離子剝離樣品表面的深度分析的方法。但當(dāng)其剝離速度很快時和剝離時間較短時，以上效應(yīng)就不太明顯，一般可以不用考慮。由于俄歇電子能譜的采樣深度較淺，因此俄歇電子能譜的深度分析比XPS的深度分析具有更好的深度分辨率。為了獲得較好的深度分析結(jié)果，應(yīng)當(dāng)選用交替式濺射方式，并盡可能地降低每次濺射間隔的時間。 PZT/Si薄膜界面反應(yīng)后的俄歇深度分析譜 。縱坐標(biāo)為元素的原子百分比。在經(jīng)過界面反應(yīng)后，在PZT薄膜與硅基底間形成了穩(wěn)定的SiO2界面層。 微區(qū)分析微區(qū)分析也是俄歇電子能
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