《仪器分析》课程教学讲义（PPT课件）第二十四章 电子能谱分析法

第二十四章电子能谱分析法

第二十四章 电子能谱分析法

什么是电子能谱分析法？ 口 电子能谱分析法是采用单色光源（如X射线、紫外光）或电子束去照 射样品，使样品中电子受到激发而发射出来，然后测量这些电子的产 额（强度）对其能量的分布，从中获得有关信息的一类分析方法。 口本章主要介绍 俄歇电子能谱法(AES) X射线光电子能谱法XPS) 紫外光电子能谱法(UPS)

什么是电子能谱分析法？  电子能谱分析法是采用单色光源（如X射线、紫外光）或电子束去照 射样品，使样品中电子受到激发而发射出来，然后测量这些电子的产 额（强度）对其能量的分布，从中获得有关信息的一类分析方法。  本章主要介绍 俄歇电子能谱法(AES) X射线光电子能谱法(XPS) 紫外光电子能谱法(UPS)

第一节俄歇电子能谱法 俄歇电子能谱法是用具有一定能量的电子束（或X射线）激发样品俄歇 效应，通过检测俄歇电子的能量和强度，从而获得有关材料表面化学 成分和结构的信息的方法

第一节 俄歇电子能谱法  俄歇电子能谱法是用具有一定能量的电子束(或X射线)激发样品俄歇 效应，通过检测俄歇电子的能量和强度，从而获得有关材料表面化学 成分和结构的信息的方法

一、基本原理 口光谱分析中已描述了原子中的电子跃迁及其俄歇电子的发射过程。 口俄歇电子的激发方式虽然有多种（如X射线、电子束等），但通常主 要采用一次电子激发。 口 因为电子便于产生高束流，容易聚焦和偏转。俄歇电子的能量和入射 电子的能量无关，只依赖于原子的能级结构和俄歇电子发射前它所处 的能级位置

一、基本原理  光谱分析中已描述了原子中的电子跃迁及其俄歇电子的发射过程。  俄歇电子的激发方式虽然有多种（如X射线、电子束等），但通常主 要采用一次电子激发。  因为电子便于产生高束流，容易聚焦和偏转。俄歇电子的能量和入射 电子的能量无关，只依赖于原子的能级结构和俄歇电子发射前它所处 的能级位置

1. 俄歇电子产额 ▣俄歇电子产额或俄歇跃迁几率 1.0 0.9 俄歌电子产额 决定俄歇谱峰强度，直接关系 0.8 0.7 到元素的定量分析。俄歇电子 与特征X射线是两个互相关联和 03 竞争的发射过程。对同一K层空 带0.2 特征X射钱产颗 穴，退激发过程中荧光X射线与 俄歇电子的相对发射几率，即 图13-1俄歇电子产额与原子序数的关系 荧光产额(Ok)和俄歇电子产额 由图可知，对于K层空穴Z<19,发射俄歇 (ak)满足 电子的几率在90%以上；随Z的增加，X射 K =1-@K (13-1) 线荧光产额增加，而俄歇电子产额下降。 Z<33时，俄歇发射占优势

1．俄歇电子产额  俄歇电子产额或俄歇跃迁几率 决定俄歇谱峰强度，直接关系 到元素的定量分析。俄歇电子 与特征X射线是两个互相关联和 竞争的发射过程。对同一K层空 穴，退激发过程中荧光X射线与 俄歇电子的相对发射几率，即 荧光产额(K)和俄歇电子产额 ( )满足 =1－K (13-1)  K  K 图13-1 俄歇电子产额与原子序数的关系 由图可知，对于K层空穴Z<19，发射俄歇 电子的几率在90％以上；随Z的增加，X射 线荧光产额增加，而俄歇电子产额下降。 Z<33时，俄歇发射占优势

俄歇分析的选择 口 通常 口对于Z≤14的元素，采用KLL俄歇电子分析； 口1442时，以采用MNN和MNO俄歇电子为佳

俄歇分析的选择  通常  对于Z≤14的元素，采用KLL俄歇电子分析；  1442时，以采用MNN和MNO俄歇电子为佳

为什么说俄歇电子能谱分析是一种表面分析方法且空间分辨 率高？ 口大多数元素在50~1000eV能量范围内都有产额较高的俄歇电子，它们 的有效激发体积（空间分辨率）取决于入射电子束的束斑直径和俄歇 电子的发射深度。 口能够保持特征能量（没有能量损失）而逸出表面的俄歇电子，发射深 度仅限于表面以下大约2m以内，约相当于表面几个原子层，且发射 (逸出)深度与俄歇电子的能量以及样品材料有关。 口在这样浅的表层内逸出俄歇电子时，入射电子束的侧向扩展几乎尚未 开始，故其空间分辨率直接由入射电子束的直径决定

为什么说俄歇电子能谱分析是一种表面分析方法且空间分辨 率高？  大多数元素在50~1000eV能量范围内都有产额较高的俄歇电子，它们 的有效激发体积（空间分辨率）取决于入射电子束的束斑直径和俄歇 电子的发射深度。  能够保持特征能量（没有能量损失）而逸出表面的俄歇电子，发射深 度仅限于表面以下大约2nm以内，约相当于表面几个原子层，且发射 （逸出）深度与俄歇电子的能量以及样品材料有关。  在这样浅的表层内逸出俄歇电子时，入射电子束的侧向扩展几乎尚未 开始，故其空间分辨率直接由入射电子束的直径决定

2.直接谱与微分谱 口 直接谱：俄歇电子强度[密度（电 dN(E) 子数)N(E)对其能量E的分布 dE [N(E)-E]。 口微分谱：由直接谱微分而来， 是dN(E)/dE对E的分布[dNE)/dE N(E)X10 一E]。 200 400 600 800 1000 E/eV 图2-11俄歇电子能谱示例 (银原子的俄歇能谱)

2．直接谱与微分谱  直接谱：俄歇电子强度[密度(电 子数)]N(E)对其能量E的分布 [N(E)－E]。  微分谱：由直接谱微分而来， 是dN(E)/dE对E的分布[dN(E)/dE －E]。 图2-11 俄歇电子能谱示例 (银原子的俄歇能谱)

3.化学位移与伴峰 原子“化学环境”变化，不仅可能引起俄歇峰的位移（称化学位移）， 也可能引起其强度的变化，这两种变化的交叠，则将引起俄歇峰（图） 形状的改变。 口原子“化学环境”指原子的价态或在形成化合物时，与该（元素）原子 相结合的其它（元素）原子的电负性等情况 口如：原子发生电荷转移（如价态变化）引起内层能级变化，从而改变俄 歇跃迁能量，导致俄歇峰位移： 口又如：不仅引起价电子的变化（导致俄歇峰位移），还造成新的化学键 (或带结构)形成以致电子重新排布的化学环境改变，将导致谱图形状 的改变（称为价电子谱）等

3．化学位移与伴峰  原子“化学环境”变化，不仅可能引起俄歇峰的位移(称化学位移)， 也可能引起其强度的变化，这两种变化的交叠，则将引起俄歇峰(图) 形状的改变。  原子“化学环境”指原子的价态或在形成化合物时，与该(元素)原子 相结合的其它(元素)原子的电负性等情况  如：原子发生电荷转移(如价态变化)引起内层能级变化，从而改变俄 歇跃迁能量，导致俄歇峰位移；  又如：不仅引起价电子的变化(导致俄歇峰位移)，还造成新的化学键 (或带结构)形成以致电子重新排布的化学环境改变，将导致谱图形状 的改变(称为价电子谱)等

化学位移示例 氧化表面 1 160170180190 E/eV 图13-2Mo(110)面俄歇能谱

化学位移示例 图13-2 Mo(110)面俄歇能谱