574俄歇电子能谱(AES) 俄歇电子能谱的基本机理是:入射电子束使原子内层能级电子电离,产生无辐射俄歇 跃迁,用电子能谱仪在真空中对它们进行探测。虽然早在1925年法国的物理学家俄歇 ( P Auger)在用X射线研究光电效应时就已发现俄歇电子,并对这种电子的产生给予了正 确的解释。但直到1968年哈里斯( L A. Harris)采用微分电子线路,首创了微分形式俄歇电 子能量分布曲线测定法后,解决了如何从强大的本底和噪声中把俄歇信号检测出来的问题 俄歇电子能谱开始进入实用化阶段。1969年,帕尔姆堡( Palmberg)等引进了筒镜能量分 析器,进一步提高了信噪比,使AES达到很高的灵敏度和分析速度,而一年后出现的扫描 俄歇显微探针系统(SAM)使AES从定点分析发展为二维表面分析。目前,俄歇电子能 谱是表面科学领域中最广泛使用的表面化学成分分析仪器之一。 7.4.1俄歇过程和俄歇电子能量 当原子内层W能级的一个电子被具有足够能 量的光子或入射电子电离时,在W能级产生一个 空穴,该空穴立即就被较高能级的另一电子通过 Ⅹ→≯W跃迁所填充,多余的能量交给Y能级上 的电子,使之成为俄歇电子发射出去。这种跃迁 过程称为俄歇过程或俄歇效应(图7.4.1) 一般用原子中出现空穴的能级次序来表示相 应的俄歇过程。上述过程用符号表示就是 WXY,表明W空穴被X电子填充使Y电子成图741俄歇过程示意图 为俄歇电子。通常把来自ls壳层的电子标记为 K,来自2S的电子标记为L,来自2p的电子标 记为L2、L3等:把来自价壳层的电子标记为V。一般最明显的俄歇跃迁都是X、Y主量子 数相等,同时X、Y主量子数比W大一的过程,如KLL、LMM、MNN和MOO俄歇跃 由WXY跃迁产生的俄歇电子的动能,可近似地用经验公式估算,即 Ewx= ew(2)-er(2)-Er(Z+A)-g (7.4.1) 其中φ为功函数,Z是原子序数(Z≥3)。引入Δ项是因为最终双电离态的能量略高于同能 级的两个单电离态能量的总和,△的实验值在士和之间。估计俄歇跃迁能量的另一表达 式为 Exy=E(Z)-{Ex(Z)+Ex(Z+1)}-{E(Z)+Ey(Z+1)}-p (7.4.2) 从上述讨论可以看出,至少有两个能级和三个电子参与俄歇过程,所以氢原子和氦原子不§7.4 俄歇电子能谱(AES) 俄歇电子能谱的基本机理是：入射电子束使原子内层能级电子电离，产生无辐射俄歇 跃迁，用电子能谱仪在真空中对它们进行探测。虽然早在 1925 年法国的物理学家俄歇 （P.Auger）在用 X 射线研究光电效应时就已发现俄歇电子，并对这种电子的产生给予了正 确的解释。但直到 1968 年哈里斯（L.A.Harris）采用微分电子线路，首创了微分形式俄歇电 子能量分布曲线测定法后，解决了如何从强大的本底和噪声中把俄歇信号检测出来的问题， 俄歇电子能谱开始进入实用化阶段。1969 年，帕尔姆堡（Palmberg）等引进了筒镜能量分 析器，进一步提高了信噪比，使 AES 达到很高的灵敏度和分析速度，而一年后出现的扫描 俄歇显微探针系统（ SAM ）使 AES 从定点分析发展为二维表面分析。目前，俄歇电子能 谱是表面科学领域中最广泛使用的表面化学成分分析仪器之一。 7.4.1 俄歇过程和俄歇电子能量 当原子内层 W 能级的一个电子被具有足够能 量的光子或入射电子电离时，在 W 能级产生一个 空穴，该空穴立即就被较高能级的另一电子通过 X → W 跃迁所填充，多余的能量交给 Y 能级上 的电子，使之成为俄歇电子发射出去。这种跃迁 过程称为俄歇过程或俄歇效应（图 7.4.1）。 一般用原子中出现空穴的能级次序来表示相 应 的 俄歇 过 程。 上述 过程 用 符号 表示 就 是 WXY ，表明 W 空穴被Ｘ电子填充使Ｙ电子成 为俄歇电子。通常把来自 1s 壳层的电子标记为 K ，来自 2s 的电子标记为 L1 ，来自 2p 的电子标 记为 L2 、L3 等；把来自价壳层的电子标记为 V 。一般最明显的俄歇跃迁都是Ｘ、Ｙ主量子 数相等，同时Ｘ、Ｙ主量子数比Ｗ大一的过程，如 KLL 、 LMM 、 MNN 和 NOO 俄歇跃 迁。 由 WXY 跃迁产生的俄歇电子的动能，可近似地用经验公式估算，即： EWXY = EW (Z) − EX (Z) − EY (Z + ) − (7.4.1) 其中  为功函数， Z 是原子序数 (Z  3) 。引入  项是因为最终双电离态的能量略高于同能 级的两个单电离态能量的总和，  的实验值在 2 1 和 4 3 之间。估计俄歇跃迁能量的另一表达 式为： = − + + − { ( ) + ( +1)} − 2 1 { ( ) ( 1)} 2 1 EWXY EW (Z) EX Z EX Z EY Z EY Z (7.4.2) 从上述讨论可以看出，至少有两个能级和三个电子参与俄歇过程，所以氢原子和氦原子不 图 7.4.1 俄歇过程示意图