俄歇電子

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(guò)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(dòng)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?cè)瓟y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(guò)程產(chǎn)生的電子，如 X 光電子譜儀的情況。

俄歇電子 是由于原子中的電子被激發(fā)而產(chǎn)生的次級(jí)電子。當(dāng)原子內(nèi)殼層的電子被激發(fā)形成一個(gè)空洞時(shí)，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(shí)以光子的形式被釋放出來(lái)；這種能量可以被轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電子，導(dǎo)致其從原子激發(fā)出來(lái)。這個(gè)被激發(fā)的電子就是俄歇電子。這個(gè)過(guò)程被稱為俄歇效應(yīng)，以發(fā)現(xiàn)此過(guò)程的法國(guó)物理學(xué)家P.V.俄歇命名。

當(dāng)一束單色能量的電子束入射某樣品時(shí)，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(hào)上的小峰，其中包含有俄歇電子的信號(hào)。俄歇電子的發(fā)射過(guò)程是一種激發(fā)態(tài)電離原子的非輻射的退激發(fā)過(guò)程。對(duì)固體樣品而言，俄歇電子發(fā)射過(guò)程如下（如圖1），當(dāng)有外來(lái)輻射、即入射電子束(大多數(shù)實(shí)用情況)或 X 射線(個(gè)別情況)作用樣品時(shí),一個(gè)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(guò)程中多余的能量可以通過(guò)發(fā)射特征 X 射線釋放(熒光過(guò)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(guò)程，其出射的電子稱俄歇電子。

因?yàn)槎硇娮拥哪芰?E_K 是由相應(yīng)的三個(gè)能級(jí)的電子結(jié)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(cè)得 E_K 即可判定元素之種類，關(guān)鍵是要測(cè)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(gè)或多個(gè)俄歇峰組成, 每個(gè)俄歇峰對(duì)應(yīng)每一個(gè)特定的俄歇躍遷過(guò)程 。用以測(cè)錄俄歇譜的設(shè)備為俄歇(電子)譜儀。在實(shí)際工作中 , 以測(cè)錄的俄歇譜和標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)提供的圖譜，通過(guò)一定的方法，以判定原子的種類和濃度。

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(guān)表層化學(xué)成分的定性或定量信息的儀器。主要應(yīng)用于表層輕微元素分析。今年來(lái)，由于超高真空（

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(guān)。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(jié)合能。

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(cè)表面雜質(zhì)，但是要從噪聲中檢測(cè)出十分微弱的俄歇電子信號(hào)，當(dāng)時(shí)技術(shù)上尚無(wú)法實(shí)現(xiàn) 。

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

1970 年通過(guò)掃描細(xì)聚焦電子束, 實(shí)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(shí)現(xiàn)了三維分析。至此，俄歇譜儀的基本格局已經(jīng)確定，開(kāi)始被廣泛使用。

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

俄歇電子直接譜 N(E)～ E

對(duì)于直接譜而言，此時(shí)俄歇電子信號(hào) 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(xué)信息，隨著弱信號(hào)測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步和高能量分辨俄歇電子譜儀的應(yīng)用，此種測(cè)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(hào)對(duì)能量的一次微分，此時(shí)俄歇電子信號(hào)強(qiáng)度以微分譜的正、負(fù)峰的峰與峰的高度差表示，常稱為峰-峰值。

界面研究的一個(gè)基本方面，是探討界面原子和化學(xué)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(guò)程的高度局域性而可以得到界面各個(gè)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(shù)，并輔以因子分析（Factor analysis）法，得到了半導(dǎo)體元素原子間成鍵信息和價(jià)電荷轉(zhuǎn)移量，此項(xiàng)研究結(jié)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(xué)態(tài)。一部份Si原子與As原子鍵合，并有0.3個(gè)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?cè)豐i-Si鍵 。Ga不與Si成鍵。上述研究為美國(guó)寫稿人評(píng)述為新結(jié)果。多個(gè)國(guó)家來(lái)函索文。

當(dāng)X射線或γ射線輻照到物體上時(shí),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(lái)，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(gè)俄歇電子躍遷。躍遷時(shí)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(guān). -V.俄歇所發(fā)現(xiàn)的，因而稱為俄歇效應(yīng)。躍遷的電子名為俄歇電子。俄歇效應(yīng)是研究核子過(guò)程（如捕捉過(guò)程與內(nèi)轉(zhuǎn)換過(guò)程）的重要手段，同時(shí)從俄歇電子的能量與強(qiáng)度，可以求出原子或分子中的過(guò)渡幾率。反之，由已知能量的俄歇光譜線，可以校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換電子的能量。