现代分析测试技术-AES

1、,AES 六硼化徕灯丝束流密度大 SAM 场发射电子枪空间分辨率20nm元素分析10nm SEM二次電子像観察4nm 加速電圧0.525kV,AES方法原理及基本结构 AES重要实验技术,俄歇电子能谱分析技术,Auger效应：一定能量的粒子束轰击样品表面原子内层电子电离初态空位电离原子退激发两种方式；辐射跃迁一个能量较高态的电子填充该空位，同时发出特征X射线；无辐射跃迁过程原子内部的能量转换过程一个较高能量电子跃迁到空位，同时另一电子被激发发射被发射电子称为Auger电子； Auger电子能量：“指纹鉴定”鉴定元素种类；范围392； Auger跃迁谱线标记：任意一种Auger过程均可用WiXp

2、Yq表示Wi, Xp和Yq代表所对应的电子轨道空位能级、跃迁电子能级、发射电子能级；。一般地说，用于表面分析的Auger电子的能量一般在02000eV之间。测得的Auger电子谱峰的位置和形状识别分析区域内所存在的元素。 Auger过程形成：光子束、电子束、离子束、质子束；,Auger过程,(a) KL1L3 Auger 跃迁 (b) K1 辐射跃迁,初态空位在K能级，L1能级上的一个电子向下跃迁填充K空位，同时激发L3上的一个电子发射,AES谱仪的基本结构及实验过程,1,2,3,4,5,电子枪,横坐标为 俄歇电子特征能量，纵坐标为俄歇电子计数率；负峰位置为判别俄歇谱线标志,微分Auger电子

3、能谱,电子枪：加速电压5keV以上（Auger电子能量：02000eV); SAM加速电压1015keV; 最小电子束斑直径15 nm; 束流AES-大于10-8安培；SAM-大于10-7安培； 能量分析器：筒镜型能量分析器-CMA, AES-点源，信噪比大，分辨率要求不高，要求传输率高CMA二级聚焦； 计算机数据采集和处理系统：计算机采集不同能量下的Auger电子数；信号采集处理Auger电子微分谱； 超高真空系统：1410-8Pa抽气系统三级联动；进样/气体导入/样品台； 辅助装置： Ar离子枪表层成分深度剖层分析，能量15 keV；预处理室清洗、断裂、镀膜、退火等；特殊台加热、冷却特殊环

4、境状态；其他功能：配置LEED、SEM、EDX等。,AES分析试样制备技术,固体样品：尺寸有限定传递杆送样；导体或半导体； 样品预处理：尺寸加工；表面清洁等；绝缘体薄膜化处理； 标准样品：溅射速率的校准；化学价态分析的校准；定量分析校准；,信号强度：Auger电子10-4初级电子；二次电子、背散射电子接近或大于初级电子强大的背底； Auger电子能量02000eV，对应的平均自由程为0.53nm； 微分谱测量：用锁定放大技术和微分电路获取Auger电子微分谱直接测量微分谱电势调制技术；通过对能量分析的扫描电压，用一微小的有固定频率的电压进行调制，然后通过锁定放大技术检测某一分波的振幅； 直接谱

5、测量：直接谱微分法脉冲计数法测量Auger电子直接谱，通过对直接谱进行数值微分得到微分谱；,Auger电子能谱的测量,直接谱特点：信噪比优于微分谱，信背比却低于微分谱结合微分谱和直接谱进行分析。根据能量分辨率的不同设置方式，有两种形式：EN(E)-E 和 N(E)-E；,Fe经轻微氧化的EN(E)E和N(E)E谱,峰的前沿：缓慢变化的斜坡 峰的高能侧：原子变化趋势不变,微分谱特点：谱峰形状改变提高信背比定量和定性分析中广泛使用；降低了信噪比损失了大量有用化学信息；,Fe经轻微氧化的dEN(E)/dE谱和dN(E)/dE谱,负峰比较尖锐，前面的正峰强度较小；部分精细结构和噪声损失,表面元素定性分

6、析 表面元素半定量分析 表面元素化学价态分析 元素沿深度方向的分布分析 表面元素微区分析,AES谱图分析技术,Al的标准AES谱,LiU的各元素标准谱图； 主要Auger电子能量图；,Al2O3的标准AES谱,部分元素的氧化物及其它化合物的标准谱；气体元素及部分固体元素的标准谱是以化合物或注入到某一材料中给出的。,表面元素化学价态分析,分析依据： Auger电子的化学效应不同的化学环境改变Auger电子能谱峰的形状和位置。 谱线分析方法：直接谱 化学效应特点：分析微小区域内的化合态；研究化合物沿深度方向化合态的变化； 与XPS比较：蕴含着丰富的化学信息价电子状态变化，引起内部能级的位移三个能级

7、的综合效果；化学位移比XPS谱中的化学位移大；Auger过程比较复杂不易被分析、识别；,Na2S2O3中S原子AES峰,元素沿深度方向的分布分析,获得主要信息：表面氧化；表面偏析；内部扩散； 工作模式： Ar离子500eV5keV的，束径由离子枪的种类决定；交替方式-Ar产生Auger电子的干扰；循环数依据薄膜厚度及深度分辨率而定； 分析特点：适用于13nm表面层；考虑离子束坑边效应；晶格损伤、表面原子混合；表面粗糙度影响；,Ti离子注入到Fe中的AES深度剖面分布图,工作模式：将细聚焦初级电子束在样品表面扫描，同时选取能量分析器的通过能量为某一元素Auger电子峰的能量，使该元素的Auger电子成像同时获得表面的元素