欧杰电子能谱术
表面科学和材料科学的分析技术
欧杰电子能谱术也称俄歇电子能谱仪(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。
原理
一束电子射到样品表面,根据从样品表面发射的俄歇电子的能量,可以确定表面存在什么元素,根据发射俄歇电子的数量,可以确定元素在表面的含量。电子束可以聚得非常细,偏转、扫描也很容易,让一束聚得很细的电子在样品表面扫描,就可测得元素在表面上的分布。如果用离子束溅射,逐渐剥蚀表面,还可以得到元素在深度方向的分布。不同的化学环境,会使俄歇峰位置移动,峰形发生变化,所以俄歇谱包含着丰富的化学信息。与x射线光电子能谱相比,利用俄歇谱获得化学信息比较困难。涉及价带的俄歇跃迂,峰形与价带态密度有关,可根据峰形获取能带结构信息,当然,在这方面俄歇谱不如紫外光电子谱。现代的扫描俄歇谱仪,一般都具有扫描电镜的功能,可观察样品的形貌。
用途
AES的主要用途如下:
(1)纳米陶瓷粉体试样表面的元素分析。在纳米陶瓷粉体制备工岂中,正在尝试使粉体颗粒表面富集某种掺杂物形成包裹层来达到降低粉体团聚、改善晶界性能和抑制晶粒长大等目的。通常,表面富集层的厚度只能是几个原子层的量级。俄歇表面分析技术具有很小的取样深度。当表征粉体颗粒化学组成的元素动能或者结合能特征峰被掺杂物的特征峰淹没时,表面确有掺杂物富集层。
(2)薄膜、多层薄膜和厚膜试样的元素分析及深度分析。由于仪器装备了离子枪刻蚀系统,因此,除用于试样表面清洗外,另一主要应用是分析元素随试样深度变化的分布(深度范围从几纳米到几百纳米)。钝化膜、隔热膜、铁电膜、硬膜等都需要这一分析技术。经过层层剥离和层层收谱后,可以对膜的形成质量、界面的扩散宽度、扩散机制和需要调整的制膜工艺参数进行分析。
(3)块体试样表面的元素分析。某些试样表面生成物很薄,而且生成区较小,如钢板、银币表面的污染与抗污染分析、微电子器件失效原因的分析。另一些试样则含有超轻元素,如以SiC为基体,加入涂有BN和C层的SiC纤维的复合陶瓷,掺Li的钛酸铋钙功能陶瓷中Li、B、C、N的分析。
特点
主要是获得样品表面元素种类、成分及化学态信息的分析技术,其特点如下。
①分析层薄,能提供固体样品表面0~3 nm区域薄层的成分信息;
②分析元素广,可分析除H和He以外的所有元素,对轻元素敏感;
③分析区域小,可用于材料中≤50 nm区域内的成分变化的分析;
④具有提供元素化学态的能力;
⑤具有测定深度一成分分布的能力;
⑥对于多数元素,定量检测的灵敏度为0.1%~1.0%。采用元素敏感系数计算时,定量分析的精度局限在所存元素的4-30%,用类似样品的标准时,有可能改善定量结果。
参考资料
最新修订时间:2022-08-25 18:37
目录
概述
原理
用途
参考资料