俄歇电子能谱仪

5 超高真空系统
这是AES的一个重要组成部分。因为高的真空度能使试样表面在测量过程中的沾污减少到最低程度，从而得到正确的表面分析结果。目前商品AES的高真空度可达10-10托左右。如果没有足够的真空度，气体粒子将粘附到表面上，在10-6托下大约1秒钟就可以吸附一个单层。即使在10-10托的真空中，在30分钟内也会在活性表面上吸附相当数量的碳和氧，几乎接近一个单层。所以真空系统的环境污染是很重要的。
3-3-3 俄歇能谱测试结果
①俄歇电子能谱
俄歇电子数目N(E)随其能量E的分布曲线称为俄歇电子能谱。一般情况下，俄歇电子能谱是迭加在缓慢变化的，非弹性散射电子形成的背底上。俄歇电子峰有很高的背底，有的峰还不明显，不易探测和分辩。为此通常采用电子能量分布的一次微分谱，即N’(E)=dN(E)/dE来显示俄歇电子峰。这时俄歇电子峰形成正负两个峰，一般负值大于正峰。微分谱的特点是灵敏，背底扣除问题自动得到解决，峰明锐且易辨识，特别是如图中的碳和钙峰。习惯上将原先的N(E)谱称为积分谱。

②俄歇电子像
若调整电子能量分析器，使其仅检测制定元素的俄歇能量范围，让细聚焦的入射电子束在试样表面沿指定直线或区域扫描，同步探测俄歇电子信号，就能获得俄歇线扫描图或俄歇电子图像。利用俄歇图像和电子显微图像相比较，亦可得到元素分布与表面形貌的相关性。下图分别是某半导体元件的吸收电流显微图，俄歇能谱面分布（依次为氧、金元素）图以及俄歇能谱线扫描（依次为氧、金元素）图。显然各图的结果是很对应的。

3-3-4 俄歇能谱应用
通过正确测定和解释AES的特征能量、强度、峰位移、谱线形状和宽度等信息，能直接或间接地获得固体表面的组成、浓度、化学状态等多种情报。
1 定性分析
定性分析主要是利用俄歇电子的特征能量值来确定固体表面的元素组成。能量的确定在积分谱中是指扣除背底后谱峰的最大值，在微分谱中通常规定负峰对应的能量值。习惯上用微分谱进行定性分析。 元素周期表中由Li到U的绝大多数元素和一些典型化合物的俄歇积分谱和微分谱已汇编成标准AES手册.因此由测得的俄歇谱来鉴定探测体积内的元素组成是比较方便的。下图为典型的轻元素俄歇微分谱线的能量标度和线形。上排是轻元素的KLL谱，谱线较简单。下排是较重元素的LMM谱。可见，随着Z的增加，俄歇谱线变得复杂并出现重叠。当表面有较多元素同时存在时，这种重叠现象会增多。如Cr与O, F、Fe和Mn，Cu和Ni等。可以采用谱扣除技术进行解决（扣除相同测试条件下纯元素的谱线）。

在与标准谱进行对照时，除重叠现象外还需注意如下情况：
①由于化学效应或物理因素引起峰位移或谱线形状变化引起的差异；
②由于与大气接触或在测量过程中试样表面被沾污而引起的沾污元素的峰。
2 微区分析
上面利用俄歇能谱面分布或线分布进行的分析就是微区分析（略）。
3 状态分析
对元素的结合状态的分析称为状态分析。AES的状态分析是利用俄歇峰的化学位移，谱线变化（包括峰的出现或消失），谱线宽度和特征强度变化等信息。根据这些变化可以推知被测原子的化学结合状态。一般而言，由AES解释元素的化学状态比XPS更困难。实践中往往需要对多种测试方法的结果进行综合分析后才能作出正确的判断。

4 深度剖面分析
利用AES可以得到元素在原子尺度上的深度方向的分布。为此通常采用惰性气体离子溅射的深度剖面法。由于溅射速率取决于被分析的元素，离子束的种类、入射角、能量和束流密度等多种因素，溅射速率数值很难确定，一般经常用溅射时间表示深度变化。
5 界面分析
用AES研究元素的界面偏聚时，首先必须暴露界面（如晶界面，相界面，颗粒和基体界面等等。一般是利用样品冲断装置，在超高真空中使试样沿界面断裂，得到新鲜的清洁断口，然后以尽量短的时间间隔，对该断口进行俄歇分析。 对于在室温不易沿界面断裂的试样，可以采用充氢、或液氮冷却等措施。如果还不行，则只能采取金相法切取横截面，磨平，抛光或适当腐蚀显示组织特征，然后再进行俄歇图像分析。
6 定量分析
AES定量分析的依据是俄歇谱线强度。表示强度的方法有：在微分谱中一般指正、负两峰间距离，称峰到峰高度，也有人主张用负峰尖和背底间距离表示强度。
3-3-5 应用举例
1 地质、矿物
下图为由阿波罗宇宙飞船带回地球的月球尘埃颗粒的俄歇谱。测出一个颗粒有硅、碳、氧和铁，另一个颗粒组成元素为钙、钛、氧、铝和硅，只得注意的是后者没有探测到碳。

表面污染
下图是一纯镍金属被含硫有机溶剂污染后，在600-900℃之间真空加热前后的俄歇能谱曲线。从中可以看出，硫峰在加热前并不明显，而加热后显著升高。显然硫的出现不会是来自试样周围的真空，必然是由于试样本身所污染的硫，它在加热时向表面发生迁移的偏析，从而超出了加热前表面所含有的平均浓度。
即使在10-9托的超高真空中，电子束长时间作用也会使试样表面有碳和氧的污染。上右图是在液氮温度下真空中刚冲断的Ti-6Al-4V合金的AES。表明在新鲜断面上有大量碳，并具有碳化物的线形特征。下右图是该断面在真空系统中经电子束长时间照射后的AES。这时碳峰显示石墨特征的线形。由此可以认为上右图中碳峰起因于碳化物夹杂或晶界析出相，而下右图的碳峰是电子束与残余气体相互作用而形成的表面污染。
3 摩擦、磨损与润滑
由高铬钢制成的叶片泵的定子，在水 乙氨酸系润滑油中长时间工作后，在摩擦面上会产生局部变色区。先用大直径的电子束斑进行俄歇分析，发现摩擦面上存在氧、铁、锡、钙、碳、钾、氯和硫等元素。然后用细聚焦电子束作微区分析。结果表明，定子摩擦面的局部变色区是由于锡的偏聚所造成的。