俄歇电子能谱(AES)
俄歇电子能谱仪的基本结构
• 真空系统
• 超高真空的获得
• 电子枪
电子枪
• 能量分析器
• 离子枪
• 数据采集和处理系统 离 子 枪
快速进样室 分析室
超高真空系统
能量分析器 计算机系统
俄歇电子能谱仪
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俄歇电子能谱仪
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电子源
1. 在俄歇电子能谱仪中，通常采用的有三种电子束源，包 括钨丝，六硼化铼灯丝以及场发射电子枪。
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离子束溅技术
• 为了提高分析过程的深度分辩率，一般应采用间断溅射方式。
• 为了减少离子束的坑边效应，应增加离子束/电子束的直径比。
• 为了降低离子束的择优溅射效应及基底效应，应提高溅射速率 和降低每次溅射间隔的时间。
• 离子束的溅射速率不仅与离子束的能量和束流密度有关，还与 溅射材料的性质有关，所以给出的溅射速率是相对与某种标准 物质的相对溅射速率，而不是绝对溅射速率。俄歇深度分析表 示的深度也是相对深度，而不是绝对深度。
• 一般把粉体样品或小颗粒样品直接压到金属铟或锡的基材表面。可以固定 样品和解决样品的荷电问题。对于需要用离子束溅射的样品，建议使用锡 作为基材，因为在溅射过程中金属铟经常会扩散到样品表面而影响样品的 分析结果。
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含有挥发性物质的样品
• 对于含有挥发性物质的样品，在样品进入 真空系统前必须清除掉挥发性物质。
• 一般可以通过对样品进行加热或用溶剂清 洗等方法。如含有油性物质的样品，一般 依次用正己烷、丙酮和乙醇超声清洗，然 后红外烘干，才可以进入真空系统。
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表面有污染的样品
• 对于表面有油等有机物污染的样品，在进入真 空系统前必须用油溶性溶剂如环己烷，丙酮等 清洗掉样品表面的油污。最后再用乙醇清洗掉 有机溶剂，为了保证样品表面不被氧化，一般 采用自然干燥。
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样品荷电问题
• 对于导电性能不好的样品如半导体材料，绝缘体薄膜， 在电子束的作用下，其表面会产生一定的负电荷积累， 这就是俄歇电子能谱中的荷电效应。
• 样品表面荷电相当于给表面自由的俄歇电子增加了一定 的额外电压, 使得测得的俄歇动能比正常的要高。
• 在俄歇电子能谱中，由于电子束的束流密度很高，样品 荷电是一个非常严重的问题。
品一般都需要经过一定的预处理。主要包括样品大小，
挥发性样品的处理，表面污染样品及带有微弱磁性的
样品等的处理。
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样品大小
• 由于在实验过程中样品必须通过传递杆，穿过超高真空隔离阀， 送到样品分析室。因此，样品的尺寸必须符合一定的大小规范， 以利于真空系统的快速进样。
• 对于块状样品和薄膜样品，其长宽最好小于10mm, 高度小于5 mm。 对于体积较大的样品则必须通过适当方法制备成大小合适的样品。
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离子束溅射技术
• 在俄歇电子能谱分析中，为了清洁被污染的固体表面和进 行离子束剥离深度分析，常常利用离子束对样品表面进行 溅射剥离。
• 利用离子束可定量控制地剥离一定厚度的表面层，然后再 用俄歇电子谱分析表面成分，这样就可以获得元素成分沿 深度方向的分布图。
• 作为深度分析用的离子枪，一般使用0.5～5 KeV的Ar离 子源，离子束的束斑直径在1～10mm范围内，并可扫描。 依据不同的溅射条件，溅射速率可从0.1 ～50 nm/min变 化。
• 而对于一些样品，可以进行表面打磨等处理。
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带有微弱磁性的样品
• 由于俄歇电子带有负电荷，在微弱的磁场作用下，也可以 发生偏转。当样品具有磁性时，由样品表面出射的俄歇电 子就会在磁场的作用下偏离接收角，最后不能到达分析器， 得不到正确的AES谱。此外，当样品的磁性很强时，还存 在导致分析器头及样品架磁化的危险，因此，绝对禁止带 有强磁性的样品进入分析室。对于具有弱磁性的样品，一 般可以通过退磁的方法去掉样品的微弱磁性，然后就可以 象正常样品一样分析。
扫描式电子枪适合于俄歇电子能谱的微区分析。
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俄歇电子能谱的实验技术
样品制备技术
• 俄歇电子能谱仪对分析样品有特定的要求，在通常情 况下只能分析固体导电样品。经过特殊处理，绝缘体 固体也可以进行分析。
• 粉体样品原则上不能进行俄歇电子能谱分析，但经特 殊制样处理也可以进行一定的分析。
• 由于涉及到样品在真空中的传递和放置，待分析的样
• 但在制备过程中，必须考虑处理过程可能对表面成分和化学状态 所产生的影响。
• 由于俄歇电子能谱具有较高的空间分辨率，因此，在样品固定方 便的前提下，样品面积应尽可能地小，这样可以在样品台上多固 定一些样品。
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粉末样品
• 对于粉体样品有两种常用的制样方法。一种是用导电胶带直接把粉体固 定在样品台上，另一种是把粉体样品压成薄片，然后再固定在样品台上。
• 对于绝缘体样品，可以通过在分析点（面积越小越好，一 般应小于1mm）周围镀金的方法来解决荷电问题。此外， 还有用带小窗口的Al, Sn, Cu箔等包覆样品等方法。
2. 其中目前最常用的是采用六硼化铼灯丝的电子束源。该 灯丝具有电子束束流密度高，单色性好以及高温耐氧化 等特性。
3. 现在新一代的俄歇电子能谱仪较多地采用场发射电子枪， 其优点是空间分辨率高，束流密度大，缺点是价格贵， 维护复杂，对真空要求高。
4. 而电子枪又可分为固定式电子枪和扫描式电子枪两种。
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样品荷电问题
• 有些导电性不好的样品，经常因为荷电严重而不能获得俄 歇谱。
• 但由于高能电子的穿透能力以及样品表面二次电子的发射 作用，对于一般在100nm厚度以下的绝缘体薄膜，如果基 体材料能导电的话，其荷电效应几乎可以自身消除。因此， 对于普通的薄膜样品，一般不用考虑其荷电效应。
• 前者的优点是制样方便，样品用量少，预抽到高真空的时间较短，缺点是 胶带的成分可能会干扰样品的分析。此外，荷电效应也会影响到俄歇电子 谱的采集。后者的优点是可以在真空中对样品进行处理，如加热，表面反 应等，其信号强度也要比胶带法高得多。缺点是样品用量太大，抽到超高 真空的时间太长。并且对于绝缘体样品，荷电效应会直接影响俄歇电子能 谱的录谱。