俄歇電子歷史背景

俄歇現(xiàn)象 于1925 年由 P .Auger 發(fā)現(xiàn)。 28 年以后，J .J .Lander 指出電子激發(fā)的俄歇電子可以用于檢測表面雜質(zhì)，但是要從噪聲中檢測出十分微弱的俄歇電子信號，當時技術上尚無法實現(xiàn) 。

1968年，L.A .Harris 提出了一種“相敏檢測” 方法 ， 大大改善了信噪比，使俄歇信號的檢測成為可能。以后隨著能量分析器的完善 , 使俄歇譜儀達到了可以實用的階段 。

1970 年通過掃描細聚焦電子束, 實現(xiàn)了表面組分的兩維分布的分析(所得圖像稱俄歇圖)，出現(xiàn)了所謂的掃描俄歇微探針。

1972 年 ，R .W .Palmberg利用離子濺射，將表面逐層剝離，獲得了元素的深度分析，實現(xiàn)了三維分析。至此，俄歇譜儀的基本格局已經(jīng)確定，開始被廣泛使用。

俄歇電子 是由于原子中的電子被激發(fā)而產(chǎn)生的次級電子。當原子內(nèi)殼層的電子被激發(fā)形成一個空洞時，電子從外殼層躍遷到內(nèi)殼層的空洞并釋放出能量；雖然能量有時以光子的形式被釋放出來；這種能量可以被轉(zhuǎn)移到另一個電子，導致其從原子激發(fā)出來。這個被激發(fā)的電子就是俄歇電子。這個過程被稱為俄歇效應，以發(fā)現(xiàn)此過程的法國物理學家P.V.俄歇命名。

當一束單色能量的電子束入射某樣品時，則從該樣品發(fā)射出具有不同能量的出射電子。出射電子按其能量分布的曲線有如下特征：在入射電子能量處有一尖銳的峰稱彈性反射峰。在0 ～ 50eV 處有一寬峰 ,它是由入射電子經(jīng)多次非彈性散射的二次電子組成。在上述兩者之間存在著十分微弱的，疊加于背景信號上的小峰，其中包含有俄歇電子的信號。俄歇電子的發(fā)射過程是一種激發(fā)態(tài)電離原子的非輻射的退激發(fā)過程。對固體樣品而言，俄歇電子發(fā)射過程如下（如圖1），當有外來輻射、即入射電子束(大多數(shù)實用情況)或 X 射線(個別情況)作用樣品時,一個電子從原子內(nèi)殼層軌道(K)出射(電離)，其留下的空位立即被較外殼層(L₁)的電子填充 , 在此過程中多余的能量可以通過發(fā)射特征 X 射線釋放(熒光過程)，或交給另一殼層軌道(L₂,₃₎上的電子 ,使其從原子出射 。此即為俄歇躍遷過程，其出射的電子稱俄歇電子。

因為俄歇電子的能量 E_K 是由相應的三個能級的電子結合能決定的, 而后者是代表元素原子種類特征，因此原則上測得 E_K 即可判定元素之種類，關鍵是要測出俄歇電子N(E)隨能量(E)的分布，即N(E)～ E 曲線, 或稱為俄歇譜。俄歇譜可以由一個或多個俄歇峰組成, 每個俄歇峰對應每一個特定的俄歇躍遷過程 。用以測錄俄歇譜的設備為俄歇(電子)譜儀。在實際工作中 , 以測錄的俄歇譜和標準手冊提供的圖譜，通過一定的方法，以判定原子的種類和濃度。

俄歇電子在樣品內(nèi)產(chǎn)生，攜帶有樣品原子的特征信息， 在逸出表面之前，若和樣品原子發(fā)生了各種非彈性散射過程(包括單電子激發(fā)和電離，等離子激發(fā), 聲子激發(fā)等)而改變了原有動能值，則其攜帶的信息將丟失。由此，只有那些在逸出表面前未發(fā)生非彈性碰撞的電子才是有意義的 。

由于常用的俄歇電子的能量均在 2keV 以下,因此大致上只有在表面 2nm 深度范圍內(nèi)發(fā)射的俄歇電子才能不改變原攜帶的信息而逸出體外。這就是俄歇譜儀之所以表面靈敏的原因。值得指出的是，以上討論也適用其它過程產(chǎn)生的電子，如 X 光電子譜儀的情況。

俄歇電子譜 是俄歇電子信號 N(E)隨其動能 E的分布。有兩種表達方式，分別為直接譜和微分譜。

俄歇電子直接譜 N(E)～ E

對于直接譜而言，此時俄歇電子信號 N(E)以背景之上的俄歇電子峰的高度或俄歇峰所覆蓋的面積表示。譜圖保留了豐富的化學信息，隨著弱信號測量技術的進步和高能量分辨俄歇電子譜儀的應用，此種測量方式日益受到重視。

俄歇電子微分譜 dN(E)/dE ～ E

在微分譜中，dN(E)/dE 為俄歇電子信號對能量的一次微分，此時俄歇電子信號強度以微分譜的正、負峰的峰與峰的高度差表示，常稱為峰-峰值。

俄歇電子具有特征性能量，其能量與釋放俄歇電子的原子中的電子轉(zhuǎn)移有關。俄歇電子的釋放是釋放特征性x射線的替代形式。俄歇電子的能量EA可由下面式子得出：

E_A=E_1-E₂-E_3，

其中，E₁為具有內(nèi)殼層空位的原子能量，E₂為具有外殼層空缺的原子能量，E₃為（俄歇）電子的結合能。

俄歇電子能譜儀，是根據(jù)分析俄歇電子的基本特性所得到材料有關表層化學成分的定性或定量信息的儀器。主要應用于表層輕微元素分析。今年來，由于超高真空（

界面研究的一個基本方面，是探討界面原子和化學態(tài)和電子態(tài)。它包括不同元素原子間的成鍵狀況和局域電子態(tài)，在各種電子能譜中，只有俄歇電子譜因其俄歇電子出射過程的高度局域性而可以得到界面各個深度剖面的上述信息。我們發(fā)展了俄歇電子譜的譜峰數(shù)據(jù)處理和分析技術，并輔以因子分析（Factor analysis）法，得到了半導體元素原子間成鍵信息和價電荷轉(zhuǎn)移量，此項研究結果有推廣普遍意義，以GaAs/Si為例 ，發(fā)現(xiàn)界面處Si 有兩種化學態(tài)。一部份Si原子與As原子鍵合，并有0.3個P電子轉(zhuǎn)移至As原子上，它的局域電子態(tài)密度幅值明顯下降。而其他Si原子則保持純元素Si-Si鍵 。Ga不與Si成鍵。上述研究為美國寫稿人評述為新結果。多個國家來函索文。

當X射線或γ射線輻照到物體上時,由于光子能量很高，能穿入物體，使原子內(nèi)殼層上的束縛電子發(fā)射出來，于是，在內(nèi)殼層上出現(xiàn)空位，而原子外殼層上的電子可能躍遷到這空位上。一定的內(nèi)原子殼空位可以引起許多個俄歇電子躍遷。躍遷時釋放的能量將以輻射的形式向外發(fā)射。這種現(xiàn)象是1925年P. -V.俄歇所發(fā)現(xiàn)的，因而稱為俄歇效應。躍遷的電子名為俄歇電子。俄歇效應是研究核子過程（如捕捉過程與內(nèi)轉(zhuǎn)換過程）的重要手段，同時從俄歇電子的能量與強度，可以求出原子或分子中的過渡幾率。反之，由已知能量的俄歇光譜線，可以校準轉(zhuǎn)換電子的能量。