俄歇电子能谱

1、俄歇电子能谱俄歇电子能谱(AES )姜传海姜传海上海交通大学材料科学与工程学院上海交通大学材料科学与工程学院俄歇电子能谱俄歇电子能谱一、概述一、概述 1、特点、特点 2、用途、用途 3、样品、样品 4、局限性、局限性 5、分析时间、分析时间 6、与其它技术的对照、与其它技术的对照二、基本原理二、基本原理 1、俄歇效应、俄歇效应 2、俄歇电子的能量、俄歇电子的能量 3、俄歇电流及其影响因素、俄歇电流及其影响因素三、仪器三、仪器 1、超高真空、超高真空 2、激发源、激发源 2、激发源、激发源 3、电子能量分析器、电子能量分析器 4、锁相放大器、锁相放大器四、俄歇电子谱的测量四、俄歇电子谱的测量 1

2、、直接谱、直接谱 2、微分谱、微分谱 3、二次电子能量分布曲线、二次电子能量分布曲线五、俄歇电子谱的应用五、俄歇电子谱的应用 1、定性分析、定性分析 2、定量分析、定量分析 3、化学效应分析、化学效应分析 4、扫描俄歇显微分析、扫描俄歇显微分析俄歇探针能谱仪俄歇探针能谱仪扫描俄歇探针能谱仪扫描俄歇探针能谱仪扫描俄歇微探针能谱仪扫描俄歇微探针能谱仪场发射扫描俄歇纳米探针场发射扫描俄歇纳米探针俄歇电子能谱俄歇电子能谱一、概述一、概述 俄 歇 电 子 能 谱 术俄 歇 电 子 能 谱 术 ( A u g e r E l e c t r o n Spectroscopy简称简称AES)是用电子或其他激

3、发源是用电子或其他激发源使样品原子的内壳层形成空位、发生俄歇跃迁使样品原子的内壳层形成空位、发生俄歇跃迁过程，并测量电子能量分布的一种技术。过程，并测量电子能量分布的一种技术。 1925年俄歇年俄歇(Auger)用用X射线在威尔逊云室中射线在威尔逊云室中研究气体光电效应时，观察到一种先前未被人研究气体光电效应时，观察到一种先前未被人们辨认出的电子径迹。们辨认出的电子径迹。 他认为此种电子是通过原子能级间非辐射跃他认为此种电子是通过原子能级间非辐射跃迁而发射出来的。迁而发射出来的。 1953年朗特年朗特(Lander)首次用电子作激发源，首次用电子作激发源，进行表面分析，并从材料背散射电子能量分

4、布进行表面分析，并从材料背散射电子能量分布中辨认出俄歇谱线。中辨认出俄歇谱线。 但是由于俄歇信号强度低，探测困难，因此但是由于俄歇信号强度低，探测困难，因此在相当长时期未能实际运用。在相当长时期未能实际运用。 直至直至1967年采用电子能量微分技术，解决年采用电子能量微分技术，解决了把微弱俄歇信号从背景和噪声中检出的问了把微弱俄歇信号从背景和噪声中检出的问题，使俄歇电子能谱成为一种实用的表面分题，使俄歇电子能谱成为一种实用的表面分析方法。析方法。 1969年采用筒镜分析器作为能量分析器，年采用筒镜分析器作为能量分析器，较大幅度地提高了分辨率、灵敏度和分析速较大幅度地提高了分辨率、灵敏度和分析速

5、度，度，AES的应用日益扩大。的应用日益扩大。 此后，扫描俄歇微探针此后，扫描俄歇微探针(简称扫描俄歇简称扫描俄歇)问世，问世，俄歇电子能谱术逐渐发展成为表面微区分析俄歇电子能谱术逐渐发展成为表面微区分析的重要技术。的重要技术。 高亮度电子源的采用、更高真空的获得、高亮度电子源的采用、更高真空的获得、先进电子光学系统的投入、各类新型检测系先进电子光学系统的投入、各类新型检测系统的出现、计算机控制及数据处理能力的扩统的出现、计算机控制及数据处理能力的扩大与提高，使得俄歇电子能谱技术日趋可靠大与提高，使得俄歇电子能谱技术日趋可靠与完善，已经渗透到许多重要的科技领域。与完善，已经渗透到许多重要的科技

6、领域。1、特点、特点 俄歇电子能谱技术的特点为：俄歇电子能谱技术的特点为： (1)表面灵敏度高表面灵敏度高，能给出固体表面，能给出固体表面0.13nm的组分信息；的组分信息； (2)元素分析范围广元素分析范围广，可分析除，可分析除H和和He以外的以外的周期表上所有元素，特别是低原子序数元素；周期表上所有元素，特别是低原子序数元素； (3)微区分析能力高微区分析能力高，并可给出元素在表面上，并可给出元素在表面上的一维或二维分布图像。横向分辨可达的一维或二维分布图像。横向分辨可达15nm； (4)结合离子溅射结合离子溅射，可进行组分深度剖析，具，可进行组分深度剖析，具有固体组分三维分析的能力；有固

7、体组分三维分析的能力； (5)化学态信息丰富化学态信息丰富，利用高分辨俄歇谱，从，利用高分辨俄歇谱，从能量位移和线形变化取得表面化学态信息。能量位移和线形变化取得表面化学态信息。2、用途、用途 (1)研究材料表面组分研究材料表面组分(包括表面污染或多元体系包括表面污染或多元体系的表面偏析的表面偏析)对诸如腐蚀、氧化、粘接、催化、对诸如腐蚀、氧化、粘接、催化、摩擦磨损或二次电子发射等问题的影响；摩擦磨损或二次电子发射等问题的影响； (2)研究晶界脱溶或溶质的晶界偏析研究晶界脱溶或溶质的晶界偏析对材料腐蚀、对材料腐蚀、应力腐蚀开裂和力学性能的影响。涉及材料强度、应力腐蚀开裂和力学性能的影响。涉及材

8、料强度、脆性、断裂、疲劳、蠕变、焊接、粘着、镀覆或脆性、断裂、疲劳、蠕变、焊接、粘着、镀覆或涂覆等；涂覆等； (3)研究材料中研究材料中50nm区域区域的组分变化；的组分变化； (4)研究各种表面改性层和薄膜研究各种表面改性层和薄膜中元素三维微区中元素三维微区分布和界面特征；分布和界面特征； (5)研究表面化学过程研究表面化学过程，包括反应产物和反应动，包括反应产物和反应动力学的研究。涉及吸附、多相催化、腐蚀、钝化、力学的研究。涉及吸附、多相催化、腐蚀、钝化、氧化等。氧化等。3、样品、样品 (1)形式：形式：具有较低蒸气压具有较低蒸气压(室温下室温下10-8Torr)的的固体，如金属、陶瓷和有

9、机材料。蒸气压高的材固体，如金属、陶瓷和有机材料。蒸气压高的材料可以用试样冷却进行处理。料可以用试样冷却进行处理。 同样，许多液体样品也可用试样冷却方法或者同样，许多液体样品也可用试样冷却方法或者作为薄膜涂在导电物质上进行处理。作为薄膜涂在导电物质上进行处理。 (2)尺寸：尺寸：能分析的单颗粉末粒子直径小至能分析的单颗粉末粒子直径小至1m，最大试样尺寸取决于具体的仪器，通常是直径最大试样尺寸取决于具体的仪器，通常是直径1.5cm及高及高0.5cm。 (3)表面：表面：最好是平整表面，但是粗糙表面可以最好是平整表面，但是粗糙表面可以在局部小面积上在局部小面积上(约约1m)分析或者在大面积上分析或

10、者在大面积上(直直径径0.5mm)取平均值。取平均值。 (4)制备：制备：通常不需要制备，试样不能有手指印、通常不需要制备，试样不能有手指印、油类和其它高蒸气压物质。油类和其它高蒸气压物质。4、局限性、局限性 (1)灵敏度低：灵敏度低：对元素对元素H和和He不灵敏不灵敏 ，对于，对于大多数元素，定量检测灵敏度为大多数元素，定量检测灵敏度为0.11at； (2)定量困难：定量困难：当采用所发表的元素敏感系数当采用所发表的元素敏感系数计算时，定量分析的精度局限在计算时，定量分析的精度局限在30%，当，当用类似样品的标样时，有可能改善定量结果用类似样品的标样时，有可能改善定量结果(10%)； (3)

11、表面损伤：表面损伤：电子束损伤会严重，限制了对电子束损伤会严重，限制了对有机物、生物体和少数陶瓷材料的有效分析；有机物、生物体和少数陶瓷材料的有效分析； (4)表面电荷：表面电荷：电子束充电会限制对高绝缘材电子束充电会限制对高绝缘材料的检查分析，入射电子会导致表面状态发料的检查分析，入射电子会导致表面状态发生变化诱发吸附或脱附等。生变化诱发吸附或脱附等。5、分析时间、分析时间 对于从对于从02000eV全谱鉴定工作，通常分析全谱鉴定工作，通常分析时间不到时间不到5 min。研究化学作用，俄歇元素成。研究化学作用，俄歇元素成象和深度象和深度成分分布的选择峰分析，一般需成分分布的选择峰分析，一般需

12、要相当长的时间。要相当长的时间。6、与其它技术的对照、与其它技术的对照 (1) X射线光电子谱术射线光电子谱术(XPS)给出表面组分和给出表面组分和化学态信息，相对地是非破坏性的；化学态信息，相对地是非破坏性的； (2)离子散射谱术离子散射谱术(ISS) 信息来自最表层，给信息来自最表层，给出表面组分和结构信息，选区表面原子键特出表面组分和结构信息，选区表面原子键特性及表面成分和深度，成分分布信息；性及表面成分和深度，成分分布信息； (3)二次离子谱术二次离子谱术(SIMS) 可分析包括可分析包括H和和He在内的全部元素，元素检测灵敏度高在内的全部元素，元素检测灵敏度高(从百万从百万分之一到十

13、亿分之一的水平分之一到十亿分之一的水平)，表面成分信息，表面成分信息，能够检测深度成分分布；能够检测深度成分分布； (4)电子探针，常规操作下分析深度电子探针，常规操作下分析深度1m深，深，可以定量分析，且是非破坏性的。可以定量分析，且是非破坏性的。二、基本原理二、基本原理 俄歇电子能谱术的基本原理是：用一定能量俄歇电子能谱术的基本原理是：用一定能量的电子束的电子束(俄歇电子能谱术一般采用电子源俄歇电子能谱术一般采用电子源)激激发样品，使样品原子内层电子电离，产生无辐发样品，使样品原子内层电子电离，产生无辐射俄歇跃迁。射俄歇跃迁。 俄歇电子从样品表面进入真空，通过能量分俄歇电子从样品表面进入真

14、空，通过能量分析器和探测器加以探测。析器和探测器加以探测。 由于俄歇电子特征能量与原子的原子序数有由于俄歇电子特征能量与原子的原子序数有关，因此根据电子能量谱中俄歇峰位置所对应关，因此根据电子能量谱中俄歇峰位置所对应的俄歇电子能量，就可以鉴定原子的种类，即的俄歇电子能量，就可以鉴定原子的种类，即表面存在的元素。表面存在的元素。 在一定实验条件下，根据俄歇信号强度，可在一定实验条件下，根据俄歇信号强度，可以确定含量。以确定含量。 根据俄歇峰能量位移和线形变化，可以取得根据俄歇峰能量位移和线形变化，可以取得固体表面化学态的信息。固体表面化学态的信息。1、俄歇效应、俄歇效应 原子的内部或外部因素，可

15、以使原子内壳原子的内部或外部因素，可以使原子内壳层电子脱离所在轨道，形成具有初态空位的层电子脱离所在轨道，形成具有初态空位的激发态离子。激发态离子。 这种处于激发态的离子恢复到基态的退激这种处于激发态的离子恢复到基态的退激发，可以经由两种竞争的过程。发，可以经由两种竞争的过程。 (1)辐射跃迁，发射辐射跃迁，发射X射线射线 受激离子中受激离子中 较高能级较高能级上的某个电子充填空位，上的某个电子充填空位，原子在能量弛豫过程中原子在能量弛豫过程中以发射以发射X射线的形式释放射线的形式释放能量。能量。 这是一种辐射跃迁的这是一种辐射跃迁的过程，终态原子呈单电过程，终态原子呈单电离状态。此过程可表示

16、离状态。此过程可表示为为 A+*A+ + h(2)非辐射跃迁，发射俄歇电子非辐射跃迁，发射俄歇电子 受激原子中较高能级上的某受激原子中较高能级上的某个电子充填空位，多余的能量个电子充填空位，多余的能量使另一个电子脱离原子发射出使另一个电子脱离原子发射出去。去。 这是一种非辐射跃迁过程，这是一种非辐射跃迁过程，终态原子呈双电离状态。此过终态原子呈双电离状态。此过程可表示为程可表示为 A+*A2+ +e - 这种非辐射跃迁过程，称为这种非辐射跃迁过程，称为俄歇过程，所发射的电子称为俄歇过程，所发射的电子称为俄歇电子。俄歇电子。 图中为光电子发射、图中为光电子发射、俄歇电子发射以及荧光俄歇电子发射以

17、及荧光X射线发射之间关系。射线发射之间关系。 光电子发射是在光电子发射是在X射射线作用下直接发生的过线作用下直接发生的过程，是一种一般过程，程，是一种一般过程，光电子的能量与光电子的能量与X射线射线源有关。源有关。 而俄歇电子发射和荧光而俄歇电子发射和荧光X射线发射是受激离子特有射线发射是受激离子特有的过程，相对于光电子发的过程，相对于光电子发射，它们是二级过程。射，它们是二级过程。2、俄歇电子的能量、俄歇电子的能量 俄歇电子的能量与原子的原子序数有关，俄歇电子的能量与原子的原子序数有关，为待测样品为待测样品(靶物质靶物质)所特有，与入射电子的能所特有，与入射电子的能量无关。量无关。 俄歇电子

18、能谱用作表面组分的指纹鉴定时，俄歇电子能谱用作表面组分的指纹鉴定时，须测定俄歇电子的特征能量。须测定俄歇电子的特征能量。 根据能谱线中俄歇峰位置所对应的俄歇电根据能谱线中俄歇峰位置所对应的俄歇电子的能量，来鉴定原子种类，即识别元素。子的能量，来鉴定原子种类，即识别元素。 原则上，俄歇电子的能量可由俄歇跃迁前原则上，俄歇电子的能量可由俄歇跃迁前后的体系总能量差来估算。后的体系总能量差来估算。3、俄歇电流及其影响因素、俄歇电流及其影响因素 俄歇电流大小是俄歇定量分析的依据。俄歇俄歇电流大小是俄歇定量分析的依据。俄歇电流定义为由于俄歇电子发射而形成的电流。电流定义为由于俄歇电子发射而形成的电流。 影

19、响俄歇电流的大小有许多因素，包括电子影响俄歇电流的大小有许多因素，包括电子与固体相互作用的各种物理过程以及实验上有与固体相互作用的各种物理过程以及实验上有关因素。关因素。 对于自由原子，俄歇电流对于自由原子，俄歇电流 IA 主要由电离截面主要由电离截面和俄歇跃迁几率和俄歇跃迁几率 Pa 决定。决定。 为了测得俄歇电流，还必须考虑与电子能量为了测得俄歇电流，还必须考虑与电子能量有关的仪器因子有关的仪器因子G，由此，由此IAPaG 对于固体，还应考虑入射电子进入表面层和对于固体，还应考虑入射电子进入表面层和俄歇电子逸出表面层产生的效应。俄歇电子逸出表面层产生的效应。(1) 电离截面电离截面 电离截

20、面定义为某一入射粒子穿越气体或固体电离截面定义为某一入射粒子穿越气体或固体时发生电离碰撞的几率。时发生电离碰撞的几率。 电离截面电离截面W W 可理解为能量为可理解为能量为EP 的一次电子在的一次电子在电离原子中电离原子中 W 级上结合能为级上结合能为 EW 的电子时，其难的电子时，其难易的表征。易的表征。 因此，因此，W W 是是 EP 和和 EW 的函数，单位是的函数，单位是cm2。 俄歇电子能谱，主要考虑低入射电子能量俄歇电子能谱，主要考虑低入射电子能量(110keV)情况下，内层电子因碰撞而产生的电离情况下，内层电子因碰撞而产生的电离问题。问题。 目前已有一些根据量子力学计算和经典理论

21、或目前已有一些根据量子力学计算和经典理论或半经验计算的方法。半经验计算的方法。 电离截面电离截面W W 、电子能量、电子能量EP 以及原子结合以及原子结合能能 EW 的计算结果的计算结果(2) 俄歇跃迁几率俄歇跃迁几率 俄歇跃迁几率定义为初态空位在内电子壳俄歇跃迁几率定义为初态空位在内电子壳层的原子，经由俄歇过程而弛豫的几率。层的原子，经由俄歇过程而弛豫的几率。 初态空位在内壳层的激发态原子，其退激初态空位在内壳层的激发态原子，其退激发可经由两种相互消长的过程，即荧光过程发可经由两种相互消长的过程，即荧光过程和俄歇过程。和俄歇过程。 对于单个原子而言，电离原子在弛豫过对于单个原子而言，电离原子

22、在弛豫过程中释放的能量只能用于一种发射，即或程中释放的能量只能用于一种发射，即或是发射荧光是发射荧光X射线，或是发射俄歇电子。射线，或是发射俄歇电子。 然而对于大量原子而言，两种过程就存然而对于大量原子而言，两种过程就存在一个几率问题。在一个几率问题。(3) 平均自由程和平均逸出深度平均自由程和平均逸出深度 俄歇电子能谱的信息深度决定于俄歇电子的俄歇电子能谱的信息深度决定于俄歇电子的逸出深度。逸出深度。 逸出深度在数值上大致等于电子非弹性散射逸出深度在数值上大致等于电子非弹性散射平均自由程，与俄歇电子能量和样品材料有关。平均自由程，与俄歇电子能量和样品材料有关。 具有确定能量的俄歇电子，从固体

23、内部的入具有确定能量的俄歇电子，从固体内部的入射电子束激发点到达表面的输运过程，必然会射电子束激发点到达表面的输运过程，必然会经历弹性散射和非弹性散射。经历弹性散射和非弹性散射。 俄歇电子若经历声子激发、带间跃迁、单电俄歇电子若经历声子激发、带间跃迁、单电子相互作用和等离子激元激发等非弹性散射，子相互作用和等离子激元激发等非弹性散射，损失能量，必然失去所携带的元素特征，从俄损失能量，必然失去所携带的元素特征，从俄歇峰中被排除掉，构成背景或使谱峰展宽。歇峰中被排除掉，构成背景或使谱峰展宽。 作为分析信息的俄歇电子只能是能量无损地作为分析信息的俄歇电子只能是能量无损地从固体内部的产生处输运到表面的

24、电子。从固体内部的产生处输运到表面的电子。 非弹性散射电子平均自由程，定义为给定能非弹性散射电子平均自由程，定义为给定能量电子在发生相继的非弹性碰撞之间所行经的量电子在发生相继的非弹性碰撞之间所行经的平均距离。平均距离。 当此距离为垂直于表面的俄歇电子信息深度当此距离为垂直于表面的俄歇电子信息深度时，也就是严均逸出深度，在此距离内电子无时，也就是严均逸出深度，在此距离内电子无明显能量损失明显能量损失(由于非弹性散射由于非弹性散射)而逸出表面。而逸出表面。(4) 背散射因子背散射因子 入射电子经与靶相互作用后再发射出表面，入射电子经与靶相互作用后再发射出表面，能量大于能量大于 50eV 的电子称

25、为背散射电子。的电子称为背散射电子。 若背散射电子能量大于结合能若背散射电子能量大于结合能 Ew，就能使样，就能使样品原子中的品原子中的W 能级电子电离，激发出俄歇电子。能级电子电离，激发出俄歇电子。 如此产生的俄歇电子，其能量无损到达表面如此产生的俄歇电子，其能量无损到达表面并逸出固体，就会使俄歇电流得到增强。并逸出固体，就会使俄歇电流得到增强。 背散射因子背散射因子 B 定义为：由于背散射电子而使定义为：由于背散射电子而使俄歇电流增加的倍数。俄歇电流增加的倍数。三、仪器三、仪器 俄歇电子能谱仪是测俄歇电子能谱仪是测量俄歇电子及其能量分量俄歇电子及其能量分布的装置。包括：激发布的装置。包括：

26、激发源，样品台及样品传送源，样品台及样品传送装置，电子能量分析器，装置，电子能量分析器，信号采集、数据处理和信号采集、数据处理和显示系统。显示系统。辅助设备辅助设备(如离子枪如离子枪等等)，以及上述各部，以及上述各部分进行工作所需的电分进行工作所需的电源供给和工作参数控源供给和工作参数控制系统。制系统。 为使工作正常进行，为使工作正常进行，上述部分部件必须在上述部分部件必须在超高真空条件下运转，超高真空条件下运转，为此必须配置适当的为此必须配置适当的真空系统。真空系统。 目前谱仪大多实现目前谱仪大多实现了计算机在线控制，了计算机在线控制，谱仪的工作已实现了谱仪的工作已实现了计算机化。计算机化。

27、1、超高真空、超高真空 超高真空是为了保持样品表面的原始状态，超高真空是为了保持样品表面的原始状态，并保证在分析过程中不变。并保证在分析过程中不变。 俄歇谱仪用的典型真空系统主要有：溅射离俄歇谱仪用的典型真空系统主要有：溅射离子泵、扩散泵、涡轮分子泵，其中俄歇谱仪大子泵、扩散泵、涡轮分子泵，其中俄歇谱仪大多采用离子泵系统。多采用离子泵系统。2、激发源、激发源 样品原子的激发可以用不同的方式完成。作样品原子的激发可以用不同的方式完成。作为常规分析用的激发源都为具有一定能量的电为常规分析用的激发源都为具有一定能量的电子束，其原因是电子束易实现聚焦和偏转，另子束，其原因是电子束易实现聚焦和偏转，另外

28、它不破坏真空度。外它不破坏真空度。 某些特殊场合也可使用光子束作为激发源。某些特殊场合也可使用光子束作为激发源。其优点是二次电子背景可大大减少，辐射损伤其优点是二次电子背景可大大减少，辐射损伤小于电子束。小于电子束。 另外，离子轰击也可以激发俄歇过程。另外，离子轰击也可以激发俄歇过程。(1) 电子源电子源 电子源目前有两种：热电子发射源和场发电子源目前有两种：热电子发射源和场发射电子源。射电子源。 热电子发射源，是通过对发射体热电子发射源，是通过对发射体(阴极阴极)加热，加热，使电子获得足够能量以克服表面势垒使电子获得足够能量以克服表面势垒(称功函称功函数或逸出功数或逸出功)而逸出，电子流密度

29、与发射体的而逸出，电子流密度与发射体的功函数和温度有关。功函数和温度有关。 场发射电子源，其原理是发射体外施加一场发射电子源，其原理是发射体外施加一强电场，使发射体的表面势垒降低，宽度变强电场，使发射体的表面势垒降低，宽度变窄，从而电子得以穿透而逸出。窄，从而电子得以穿透而逸出。 (2) 电子枪电子枪 电子枪和能量分析器之间的位置配置有两电子枪和能量分析器之间的位置配置有两种。同轴配置和非同轴配置。种。同轴配置和非同轴配置。电子枪的性能指标有电子束径、束流强度和电子枪的性能指标有电子束径、束流强度和束流能量。电子束径表征电子束会聚成细束束流能量。电子束径表征电子束会聚成细束的程度。的程度。 电

30、子束流除影响电子束径外，还关系到检电子束流除影响电子束径外，还关系到检测灵敏度和录谱时间，俄歇分析一般测灵敏度和录谱时间，俄歇分析一般10-610-9A，过大的束流对样品的损伤严重。俄歇，过大的束流对样品的损伤严重。俄歇谱仪的一次电子束能量一般谱仪的一次电子束能量一般 35 keV。3、电子能量分析器、电子能量分析器 电子能量分析器是俄歇谱仪的核心部分，用电子能量分析器是俄歇谱仪的核心部分，用以测量俄歇电子的动能。以测量俄歇电子的动能。 目前俄歇谱仪使用的静电偏转型分析器主要目前俄歇谱仪使用的静电偏转型分析器主要有三种：筒镜型分析器、半球型分析器和阻滞有三种：筒镜型分析器、半球型分析器和阻滞场

31、型分析器。场型分析器。 后者的能量分辨率较差，仅限用于后者的能量分辨率较差，仅限用于LEED(低低能电子衍射能电子衍射)和和AES组合情况下。组合情况下。 (1) 筒镜分析器筒镜分析器 筒镜分析器筒镜分析器(CMA)由两个同轴圆筒组成。内由两个同轴圆筒组成。内外圆筒的半径分别为外圆筒的半径分别为R1及及R2，内筒刻有两道环，内筒刻有两道环缝，上覆栅网以便电子通过。内筒和样品同处缝，上覆栅网以便电子通过。内筒和样品同处地电位，而外简为则存在地电位，而外简为则存在 -Vd电位。电位。(2) 半球型分析器半球型分析器 半球型能量分析器半球型能量分析器(HSA)具有较高能量分辨能具有较高能量分辨能力，

32、已广泛用于各种高能量分辨谱仪。力，已广泛用于各种高能量分辨谱仪。 它由两个同心半球构成内、外半球半径分别为它由两个同心半球构成内、外半球半径分别为R1及及R2，在入口和出口处设有狭缝，内、外半，在入口和出口处设有狭缝，内、外半球上分别为球上分别为 -Vl和和 -V2电位。电位。4、锁相放大器、锁相放大器 以电子束激发的俄歇过程，其俄歇电子数值以电子束激发的俄歇过程，其俄歇电子数值大致为二次电子背景的大致为二次电子背景的1/10，在俄歇分析中的，在俄歇分析中的最大困难是如何从强大的背景中检测出如此微最大困难是如何从强大的背景中检测出如此微弱的俄歇信号。弱的俄歇信号。 采用锁相放大技术实现对俄歇谱

33、的能量微分采用锁相放大技术实现对俄歇谱的能量微分并通过频率和相位的选择性放大，是解决上述并通过频率和相位的选择性放大，是解决上述困难的关键。困难的关键。 锁相放大器由信号通道、参考通道和相敏检锁相放大器由信号通道、参考通道和相敏检波器三部分组成。信号通道作用是将信号放大，波器三部分组成。信号通道作用是将信号放大，并由带通滤波器对伴随噪声进行处理，以免相并由带通滤波器对伴随噪声进行处理，以免相敏检波器过载。敏检波器过载。 参考通道是提供一个与源信号同频的信号，参考通道是提供一个与源信号同频的信号，采用与源信号共同的激发源，经整形、移相后采用与源信号共同的激发源，经整形、移相后送至相敏检波器。送至

34、相敏检波器。 当两个通道信号进入并在混频器混频后，得到当两个通道信号进入并在混频器混频后，得到与输入信号成正比的电压。在源信号与参考信号与输入信号成正比的电压。在源信号与参考信号同相位时，输出最大；当相位差为同相位时，输出最大；当相位差为 /2 时，输时，输出为零。如此可以很大程度地抑制噪声的输出。出为零。如此可以很大程度地抑制噪声的输出。四、俄歇电子谱的测量四、俄歇电子谱的测量 俄歇电子谱是俄歇电子信号俄歇电子谱是俄歇电子信号 N(E) 随其动随其动能能 E 的分布。的分布。 主要有两种表示方式，即直接谱和微分谱。主要有两种表示方式，即直接谱和微分谱。1、直接谱、直接谱 直接谱直接谱 N(E

35、)E，此时俄歇电子信号，此时俄歇电子信号 N(E) 以背景之上的俄歇电子峰的高度或俄歇峰所以背景之上的俄歇电子峰的高度或俄歇峰所覆盖的面积表示。覆盖的面积表示。 这种谱图，保留了丰富的化学信息。这种谱图，保留了丰富的化学信息。 随着弱信号测量技术的进步和高能量分辨随着弱信号测量技术的进步和高能量分辨率俄歇电子谱的应用，直接谱测量方式日益率俄歇电子谱的应用，直接谱测量方式日益受到重视。受到重视。 直接谱测量方法有两种：直接谱测量方法有两种：直接测量法直接测量法，是，是普遍采用的方法，可以用脉冲记数法，以数普遍采用的方法，可以用脉冲记数法，以数字形式将信号测录。字形式将信号测录。 一次电子亮度调制

36、法一次电子亮度调制法，是通过对一次电子，是通过对一次电子束以一定频率交替束以一定频率交替“通通”和和“断断”，达到亮，达到亮度调制。度调制。 然后用锁相放大器检测由此交变电子束激然后用锁相放大器检测由此交变电子束激发的俄歇电子信号。发的俄歇电子信号。 直接谱不经微分处理，而直接记录其原始直接谱不经微分处理，而直接记录其原始的谱线，从而保留了它所携带的全部信息，的谱线，从而保留了它所携带的全部信息，包括化学信息等。包括化学信息等。 特别是随着弱信号测量技术的进步。它已特别是随着弱信号测量技术的进步。它已被广泛采用。被广泛采用。2、微分谱、微分谱 微分谱微分谱 dN(E)/dEE，其中，其中dN(

37、E)/dE 为俄为俄歇电子信号对能量的一次微分。歇电子信号对能量的一次微分。 微分谱的突出优点是有效地扣除了背景，显微分谱的突出优点是有效地扣除了背景，显著提高了信背比，使微弱俄歇信号能从背景中著提高了信背比，使微弱俄歇信号能从背景中检出。检出。 其缺点是原始谱形被改变。其缺点是原始谱形被改变。 微分法是用能量调制法来实现的，即在分析微分法是用能量调制法来实现的，即在分析器外圆筒上，在扫描电压器外圆筒上，在扫描电压 V 上叠加上叠加个正弦个正弦变化的、幅度为数伏以下的调制电压。变化的、幅度为数伏以下的调制电压。 如此可在分析器输出端获得分析能量的相应如此可在分析器输出端获得分析能量的相应变化变

38、化 E=k sint，当能量间隔，当能量间隔E足够小时，足够小时，可将可将 N(E+E) 作级数展开，从而测得作级数展开，从而测得 dN(E)/dE 等。等。对于对于N(E)曲线，在能曲线，在能量等于入射电子能量量等于入射电子能量(l keV)处有一个宽的处有一个宽的强峰，是由样品表面强峰，是由样品表面弹性散射的入射电子弹性散射的入射电子造成，称弹性散射峰，造成，称弹性散射峰，它可用于校正谱仪的它可用于校正谱仪的能量刻度。能量刻度。对于对于N(E)曲线，电曲线，电子能量低于子能量低于50eV处处有一信号大、分布有一信号大、分布宽的峰，其宽的峰，其“尾巴尾巴”可延伸至高能量范可延伸至高能量范围，它们是经过多围，它们是经过多次非弹性散射的二次非弹性散射的二次电子，称为真二次电子，称为真二次电子峰次电子峰对于对于N(E)曲线，在曲线，在上述两个区域之间上述两个区域之间存在有一个变化平存在有一个变化平缓的广宽区域，在缓的广宽区域，在其背景上可见到一其背景上可见到一些十分微小的起伏，些十分微小的起伏，它们是激发和电离它们是激发和电离损失峰损失峰(通常位于通常位于靠近弹性峰的附近靠近弹性峰的附近)和俄歇峰。和俄歇峰。对于对于dN(E)/dE曲线，它将曲线，它将N(E