俄歇电子能谱（俄歇电子能谱）

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更新时间：2023-05-20
俄歇电子能谱
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。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。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。E是入射电子的能量，E是最初被电离的内层能级的能量。
基本信息
发现者
俄歇
时间
1925 年
激发源
利用高能电子束为激发源
基本原理
物理原理
基本原理
物理原理
俄歇电子和X射线产额
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。
俄歇电子发射原理图解
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
，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KLL俄歇电子就是表示最初K能级被电离，L能级的电子填入K能级空位，多余的能量传给了L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：
式中，
：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。
：X电子填充W空穴时释放的能量。
：Y电子电离所需的能量。
俄歇电子能谱实例
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
。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。
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,绝对灵敏可达到10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10I，I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最大，必须选择适当的E/E比例。E是入射电子的能量，E是最初被电离的内层能级的能量。若EE则不足以电离W能级，俄歇电子产额等于零。若E》E，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。能获得最大俄歇电子产额的E/E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。一般来说最佳的入射角是
。
俄歇电子能谱仪
俄歇电子能谱
俄歇能谱仪包括电子光学系统、电子能量分析器、样品安放系统、离子枪、超高真空系统。以下分别进行介绍。
电子光学系统主要由电子激发源（热阴极电子枪）、电子束聚焦（电磁透镜）和偏转系统（偏转线圈）组成。电子光学系统的主要指标是入射电子束能量，束流强度和束直径三个指标。其中AES分析的最小区域基本上取决于入射电子束的最小束斑直径；探测灵敏度取决于束流强度。这两个指标通常有些矛盾，因为束径变小将使束流显着下降，因此一般需要折中。
俄歇电子能谱
2 电子能量分析器
这是AES的心脏，其作用是收集并分开不同的动能的电子。由于俄歇电子能量极低，必须采用特殊的装置才能达到仪器所需的灵敏度。目前几乎所有的俄歇谱仪都使用一种叫作筒镜分析器的装置。
分析器的主体是两个同心的圆筒。样品和内筒同时接地，在外筒上施加一个负的偏转电压，内筒上开有圆环状的电子入口和出口，激发电子枪放在镜筒分析器的内腔中（也可以放在镜筒分析器外）。由样品上发射的具有一定能量的电子从入口位置进入两圆筒夹层，因外筒加有偏转电压，最后使电子从出口进入检测器。若连续地改变外筒上的偏转电压，就可在检测器上依次接收到具有不同能量的俄歇电子，从能量分析器输出的电子经电子倍增器、前置放大器后进入脉冲计数器，最后由X-Y记录仪或荧光屏显示俄歇谱 俄歇电子数目N随电子能量E的分布曲线
若将筒镜分析器与电子束扫描电路结合起来可以形成扫描俄歇显微镜（下图）。电子枪的工作方式与扫描电镜类似，两级透镜把电子束斑缩小到3微米，扫描系统控制使电子束在样品上和显像管荧光屏上产生同步扫描，筒镜分析器探测到的俄歇电子信号经电子倍增器放大后用来对荧光屏光删进行调制，如此便可得到俄歇电子像。