俄歇电子能谱分析技术

俄歇效应是P.Auger于1925年发现的。当电子束照射到样品上时，样品原子内的电子能级上会产生空位。这种状态是不稳定状态，样品在趋于稳定的过程中会发射出荧光X射线，在1个电子跃迁到空位上的同时另一个电子逸出到自由空间。这个逸出的电子就叫做俄歇电子。

俄歇电子运动的能量与照射的电子束的能量无关，它取决于物质的固有能量。因此，测量自材料逸出的俄歇电子的能谱，就可以对材料进行结构分析。

俄歇电子能谱仪(AES)的照射源通常采用2k～10keV的电子束，俄歇电子运动能量的测量范围是0～1keV。这个能量范围中除俄歇电子以外还存在有基于2次电子发射的具有相同运动能量的其他多种电子。所以，不仅要测量电子的能量，还必须测量因俄歇电子所引起电子的增减。

如果用电现象来表现，就是有两个频率相同的信号，其中一个是一定值，而另一个相位和振幅是变化的。所以，在整体上就是被测定体传输函数微小变化的问题。对于微小的相位变化，可以用高灵敏度的锁相放大器(PSD)输出的变化作为测量结果使用。

调整参考信号的相位使PSD输出为0后开始进行测量，PSD输出的变化点表示俄歇电子的存在。

与AES相似，测量从样品表面发射出电子的方法还有真空紫外光电子能谱分析法(Vacuum Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy,UPS).X射线光电子能谱分析法(X-rav Photoelectron Spectroscopy,XPS)等。AES在样品表面元素的定性、定量分析方面特别有效。UPS可以分析样品的能带结构以及吸附原子价电子的状态。

XPS能够进行定性、定量分析以及原子、分子结合状态的分析。

图1是AES的装置框图。电子束被与锁相放大器参考信号相同的频率调制后照射样品。自样品发射出的俄歇电子经过筒形镜分析器进行过滤。

图1 俄歇电子能谱

筒形镜分析器的外圆筒由电源E1加负电位，所以电子前进时受排斥力作用返向中轴。样品发射出电子的运动速度与具有的能量成比例，只有具有某种速度的电子(B)才能够顺利地穿过两个窗口到达传感器。速度高的电子(A)以及速度低的电子(C)只能撞到内圆筒的壁上而不能被传感器收集。所以，这种筒形镜分析器对于不同速度(能量)电子的作用就相当于带通滤波器BPF。通过改变电源E1就可以选择到达传感器的电子的速度，所以相当于电压控制的BPF的作用。

用锁相放大器分析来自传感器的电信号，按控制器的指令记录电子能谱的变化。

审核编辑 黄宇