1、Click to edit Master title styleClick to edit Master subtitle style* 1Auger electron Spectroscopy (AES)第二节 俄歇电子谱材料表面成分和化学态测试技术提纲n 一、相关基本概念n 二、原理n 三、基本应用n 四、相关知识一、基本概念n 1. 俄歇电子：一、基本概念n 2、俄歇过程的标记一、基本概念n3. 俄歇过程中的能量关系：与 XPS分析不同，俄歇电子激发时，内层存在一个空壳层，状态不同于基态原子，因此 BX和 BY并不是该基态原子的结合能。n 虽然俄歇过程十分复杂，涉及到 2个电子， 3个能
2、级，但是该过程任只与元素种类有关，不同元素俄歇电子动能决定于元素种类和俄歇过程涉及的能级，因此俄歇电子动能仍是元素种类的特征函数。n 对于一个未知成分的待测材料，通过某种激发源 (X射线 ,电子束 )轰击样品，激发俄歇过程，用电子能量分析器获得俄歇电子动能。n 把测量获得的动能集合与标准俄歇电子动能数据库进行比对，分析待测材料中的元素组成。二、原理及分析方法三、基本应用1、成分分析1）定性分析动能谱 微分谱三、基本应用1、成分分析1）定量分析：定量分析的关键在于获得俄歇电子产率与元素浓度之间的函数关系。但是俄歇电子过程比较复杂，直接获得元素俄歇过程的敏感因子很困难，目前俄歇定量分析一般采用相对
3、敏感因子法。采用标准银试样的主峰 (351 eV的 MNN峰 )作为标准，在相同条件下测量纯 X元素标样和纯银标样的俄歇强度比值，将该比值作为 i元素， WXY俄歇过程的相对敏感因子，即：Si称为纯元素 i的相对敏感因子，它是通过纯元素测得的，与试样无关，现在已经有标准手册和数据库可以查询。三、基本应用n 有了 Si就可以测量任何试样表面 i元素的浓度。由此只要测出样品表面各元素的俄歇强度由上式即可算出各元素的表面原子百分浓度因不需要标样被广泛使用但其精度不高误差有时达 30%以上所以它是一种半定量分析方法。其中 Ii,WXY是指 i元素俄歇峰 -峰强度三、基本应用2、化学态分析象在 XPS中
4、一样轨道电子能级对固体中原子的化学环境是敏感的 (化学位移 ) ，但化学位移的来源涉及到三个电子能级情况比较复杂，一般难于对 AES谱中的化学位移进行指认，而更依赖于指纹谱。在 AES中可观察到化学位移但涉及到的三个电子中的每一个都可能与多重终态或弛豫效应有关 AES数据非常复杂比 XPS更难于解释。三、基本应用几种元素单质和氧化物的俄歇电子峰位变化四、相关知识1、分析深度： AES分析深度和 XPS相似，一般只有个纳米。2、 检测限与灵敏度：对多数元素的探测灵敏度为原子摩尔分数 0.1%1.0% ，不能检测 H和 He。3、 静电荷电效应： AES由于采用电子枪作激发源，绝缘样品表面荷电严重
5、一般不适宜做 AES分析，除非样品经特殊制备消除了荷电效应如样品减薄 1m ，嵌入导电材料， UV光持续照射等。4、辐射损伤：大通量电子束可引起表面热效应， 诱导敏感材料的化学变化，电子束亦可诱导表面吸附质脱附。四、相关知识5、优异的空间分辨能力。由于电子束可以有效地聚焦，俄歇的空间分辨率可达几个纳米。6、化学位移信息解释较为复杂，一般较少使用。7、深度成分剖析速度快。五、应用n 材料表面偏析、表面杂质分布、晶界元素分析；n 金属、半导体、复合材料等界面研究；n 薄膜、多层膜生长机理的研究；n 表面化学过程 (如腐蚀、钝化、催化、晶间腐蚀、氢脆、氧化等 )研究；n 集成电路掺杂的三维微区分析；
6、n 固体表面吸附、清洁度、沾染物鉴定等。五、应用n 表面的力学性质 (如摩擦、磨损、粘着、断裂等 )研究；材料的许多机械性质和腐蚀现象都与晶界化学有关。晶界断裂就是最明显的例子 AES很成功地研究许多钢和铁基合金脆断时晶界偏析的杂质如含 3.5%Ni, 1.6%Cr,0.4%C, 300 ppm Sb(重量比 )的低合金钢其脆断原因是 Sb偏析到晶界，若加入 0.1%Ti，则 Sb偏析减少。又如用粉末冶金法制造的 W常常是很脆的脆化 延展过渡温度高达 825 过去曾认为脆化原因是氧偏析在晶界但用 AES在脆断口找不到氧富集却有 P富集而且发现脆化 延展过渡温度与 P的俄歇峰高成正比这说明脆化原因是 P的偏析晶界 P浓度与晶粒大小有关一般偏析在晶界 2nm的区域内。五、应用n 催化领域研究许多物质的催化作用也是一种表面现象它受物质的表面结构和化学状态的强烈影响因此杂质的吸附分凝污染等都会影响催化活性。例如用在氧化和脱氧反应中的铜催化剂经 AES检验后发现在催化作用很差时催化剂中含有 4.9%原子数的铅这个数量是正常催化剂的三倍这些铅是在催化剂的制造过程中迁移到表面来的在如合成甲烷中采用 50%Ni-50%Al合金做催化剂 AES分析表明当合金表面为少量硫所覆盖时会使催化剂失效而且 AES还表明这些硫特别喜欢集聚在 Ni的位置上
