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俄歇电子能谱
阅读:384时间:2018-06-19 10:03:40

俄歇电子能谱(Augerelectronspectroscopy,简称AES),是一种利用高能电子束为激发源的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。AES分析区域受激原子发射出具有元素特征的俄歇电子。外层电子填充空穴向内层跃迁过程中所释放的能量,可能以X光的形式放出,即产生特征X射线,也可能又使核外另一电子激发成为自由电子,这种自由电子就是俄歇电子。因为Y电子是在已有一个空穴的情况下电离的,因此,该电离能相当于原子序数为Z和Z1之间的原子的电离能。E是入射电子的能量,E是最初被电离的内层能级的能量。

目录

基本原理

  物理原理
  入射电子束和物质作用,可以激发出原子的内层电子形成空穴。外层电子填充空穴向内层跃迁过程中所释放的能量,可能以X光的形式放出,即产生特征X射线,也可能又使核外另一电子激发成为自由电子,这种自由电子就是俄歇电子。
  入射电子束和物质作用,可以激发出原子的内层电子。外层电子向内层跃迁过程中所释放的能量,可能以X光的形式放出,即产生特征X射线,也可能又使核外另一电子激发成为自由电子,这种自由电子就是俄歇电子
  。对于一个原子来说,激发态原子在释放能量时只能进行一种发射:特征X射线或俄歇电子。原子序数大的元素,特征X射线的发射几率较大,原子序数小的元素,俄歇电子发射几率较大,当原子序数为33时,两种发射几率大致相等。因此,俄歇电子能谱适用于轻元素的分析。
  如果电子束将某原子K层电子激发为自由电子,L层电子跃迁到K层,释放的能量又将L层的另一个电子激发为俄歇电子,这个俄歇电子就称为KLL俄歇电子。同样,LMM俄歇电子是L层电子被激发,M层电子填充到L层,释放的能量又使另一个M层电子激发所形成的俄歇电子。
  俄歇跃迁
  对于自由原子来说,围绕原子核运转的电子处于一些不连续的"轨道”上,这些“轨道”又组成K、L、M、N等电子壳层。我们用“能级”的概念来代表某一轨道上电子能量的大小。由于入射电子的激发,内层电子被电离,留下一个空穴。此时原子处于激发态,不稳定。较高能级上的一个电子降落到内层能级的空位中去,同时放出多余的能量。这些能量可以作为光子发射特征射线,也可以转移给第三个电子并使之发射出来。这就是俄歇电子。通常用射线能级来标志俄歇跃迁。例如KLL俄歇电子就是表示最初K能级被电离,L能级的电子填入K能级空位,多余的能量传给了L能级上的一个电子,并使之发射出来。
  能量公式
  对于原子序数为Z的原子,俄歇电子的能量可以用下面经验公式计算:
  E(Z)=E(Z)-E(Z)-E(Z+Δ)-Φ
  式中,E(Z):原子序数为Z的原子,W空穴被X电子填充得到的俄歇电子Y的能量。
  E(Z)-E(Z):X电子填充W空穴时释放的能量。
  E(Z+Δ):Y电子电离所需的能量。
  因为Y电子是在已有一个空穴的情况下电离的,因此,该电离能相当于原子序数为Z和Z1之间的原子的电离能。其中Δ=1/2-1/3。根据式(10.6)和各元素的电子电离能,可以计算出各俄歇电子的能量,制成谱图手册。因此,只要测定出俄歇电子的能量,对照现有的俄歇电子能量图表,即可确定样品表面的成份。
  由于一次电子束能量远高于原子内层轨道的能量,可以激发出多个内层电子,会产生多种俄歇跃迁,因此,在俄歇电子能谱图上会有多组俄歇峰,虽然使定性分析变得复杂,但依靠多个俄歇峰,会使得定性分析准确度很高,可以进行除氢氦之外的多元素一次定性分析。同时,还可以利用俄歇电子的强度和样品中原子浓度的线性关系,进行元素的半定量分析,俄歇电子能谱法是一种灵敏度很高的表面分析方法。其信息深度为1.0-3.0nm,绝对灵敏可达到10单原子层。是一种很有用的分析方法。
  俄歇电流
  从纯净固体表面测得的俄歇电流大约是10I,I是入射电子束流。俄歇电流原则上可以通过估计电离截面来计算,但由于受多种因子的影响。计算很复杂,并与实验符合得不好。在实际测量时,为了使俄歇电流达到最大,必须选择适当的E/E比例。E是入射电子的能量,E是最初被电离的内层能级的能量。若EE则不足以电离W能级,俄歇电子产额等于零。若E》E,则人射电子和原子相互作用的时间不足,也不利于提高俄歇产额。能获得最大俄歇电子产额的E/E比例大约是2—6。用小角度入射掠射时可以增加有效的“检测体积”,使更多的表面原子电离,从而增加俄歇产额。一般来说最佳的入射角是10°—30°。

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