深度解析俄歇电子能谱分析技术

当原子内壳层电子因电离激发而留下一个空位时，由较外层电子向这一能级跃迁使原子能量释放的过程中，可以发射一个具有特征能量的F射线光电子，或者也可以将这部分能量传给另外一个外层电子引起进一步的电离，从而发射一个具有特征能量的俄歇电子。这个过程称为俄歇过程。

电子与样品作用后激发出的俄歇电子特点：①俄歇电子具有特征能量，适宜作成分分析；②俄歇电子的激发体积很小，其空间分辨率和电子束斑直径大致相当，适宜作微区化学成分分析；③俄歇电子的能量一般为50～1500eV，随不同元素、不同跃迁类型而异，它在固体中平均自由程非常短，一般来说，能够逸出表面的俄歇电子信号主要来自样品表层2～3个原子层，即0.5～2.0nm。因此，俄歇电子信号特别适合于表面分析，通过对俄歇电子能量和强度的检验，可以得到有关表层化学成分的定性和定量信息。随着超高真空技术的发展和应用，配合能谱分析技术，俄歇谱仪已经成为一种重要的表面分析手段。

俄歇电子产生的过程：A壳层电子电离，B壳层电子向A壳层空位跃迁，导致C壳层电子发射，即俄歇电子。考虑到A电子的电离引起原子库仑电场的改组，使C壳层能级由E_C（Z）变成E_C（Z+D），其特征能量为

E_ABC（Z）=E_A（Z）-E_B（Z）-E_C（Z+D）-E_W

式中 E_W——样品材料逸出功；

D——修正值。

例如原子发射一个KL₂L₂俄歇电子，其能量为E_KL2L2=E_K-E_L2-E_L2-E_W，引起俄歇电子发射的电子跃迁多种多样，有K系、L系、M系等。俄歇电子与特征F射线是两个相互关联和竞争的发射过程，其相对发射几率，即荧光产额ω_K和俄歇电子产额α_K满足（K系为例）ω_K+α_K=1。

各种元素在不同跃迁过程中发射的俄歇电子能量如图3-20所示。平均俄歇电子产额α随原子序数的变化如图3-21所示。Z＜15时，无论K、L、M系，俄歇发射占优势，因而对轻元素，用俄歇电子谱分析具有较高灵敏度。通常Z≤14的元素，采用KLL电子；14＜Z＜42的元素，采用LMM电子；Z≥42的元素，采用MEE、MEO电子。

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图3-20 各种元素的俄歇电子能量

图3-21 平均俄歇电子产额α随原子序数的变化

利用俄歇峰的能量可进行元素定性分析，根据峰高度可进行半定量和定量分析，主要应用在研究金属和合金的晶界脆断以及压力加工和热处理后的表面偏析。图3-22所示为某合金钢[w（C）=0.39%、w（E）=3.5%、w（Cr）=1.6%、w（Sb）=0.06%]的俄歇电子能谱图。表3-5给出了俄歇谱仪与电子探针、离子探针检测方法的比较。

图3-22 俄歇电子能谱曲线实例

表3-5 俄歇谱仪与电子探针、离子探针检测方法的比较