俄歇电子能谱

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,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，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。一般来说的入射角是10°—30°。