材料科學(xué)研究方法-俄歇電子能譜

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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,俄歇電子能譜,(AES),深圳大學(xué)材料學(xué)院,俄歇電子能譜法,俄歇電子能譜法,是用具有一定能量的電子束,(,或,X,射線,),激發(fā)樣品俄歇效應(yīng)，通過檢測俄歇電子的能量和強(qiáng)度，從而獲得有關(guān)材料表面化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的信息的方法。,利用受激原子俄歇躍遷退激過程發(fā)射的俄歇,電子對試樣微區(qū)的表面成分進(jìn)行的定性定量分析。,俄歇能譜儀,與,低能電子衍射儀,聯(lián)用，可進(jìn)行試樣表面成分和晶體結(jié)構(gòu)分析，因此被稱為,表面探針,。,俄歇電子能譜,(AES),俄歇電子能譜的基本機(jī)理是：入射電子束或,X,射線使原子內(nèi)層能級電子電離，外層電

2、子產(chǎn)生無輻射俄歇躍遷，發(fā)射俄歇電子，用電子能譜儀在真空中對它們進(jìn)行探測。,1925,年法國的物理學(xué)家俄歇（,P.Auger,）,在用,X,射線研究光電效應(yīng)時就已發(fā)現(xiàn)俄歇電子，并對現(xiàn)象給予了正確的解釋。,1968,年,L.A.Harris,采用微分電子線路，使俄歇電子能譜開始進(jìn)入實用階段。,1969,年，,Palmberg,、,Bohn,和,Tracey,引進(jìn)了筒鏡能量分析器，提高了靈敏度和分析速度，使俄歇電子能譜被廣泛應(yīng)用。,斷口表層,距斷口表層,4.5nm,深度處,（采用氬離子噴濺技術(shù)逐層剝離）,（,材料電子顯微分析,P176,圖,5-15,）,例：,合金鋼的回火脆。 疑晶界有雜質(zhì)富集。,將

3、成分（）,0.32C,、,0.02P,、,3.87Ni,及,2.3Cr,的合金鋼奧氏體化后，在,396,594,范圍緩冷，產(chǎn)生明顯回火脆。斷口顯示明顯的晶間脆斷特征。,電鏡幾十萬倍下觀察，未見晶界處任何沉淀析出。故一直未能找到直接證據(jù)，直到使用俄歇能譜儀。,磷在晶界處顯著富集，含量高達(dá),4.72%,，較基體磷高,235,倍,，而在晶界兩側(cè)急劇下降，在距晶界約,4.5nm,處已下降到基體水平。,所以，磷元素主要集中在晶界,2nm,的范圍內(nèi)，這不是其它微區(qū)分析技術(shù)所能測出來的。（如：普通,EPMA,的空間分辨率約為1微米左右,）,俄歇能譜分析結(jié)果表明：,基本原理,(1),俄歇電子的產(chǎn)生,原子在載能

4、粒子,（電子、離子或中性粒子）,或,X,射線的照射下，內(nèi)層電子可能獲得足夠的能量而電離，并留下空穴,（,受激）,。,當(dāng)外層電子躍入內(nèi)層空位時，將釋放多余的能量,（,退激,）,釋放的方式可以是：,發(fā)射,X,射線,（輻射躍遷退激方式）；,發(fā)射第三個電子,俄歇電子,（,俄歇躍遷退激方式,）。,（,2,）,俄歇電子的表示,每一俄歇電子的發(fā)射都涉及,3,個電子能級，故常以三殼層符號并列表示俄歇躍遷和俄歇電子。,（,材料物理現(xiàn)代研究方法,P183,圖,7-1,）,KL,1,L,1,L,1,M,1,M,1,L,2, 3,VV,（,3,）,俄歇過程和俄歇電子能量,WXY,俄歇過程示意圖,WXY,躍遷產(chǎn)生的俄歇

5、電子的動能可近似地用經(jīng)驗公式估算，即：,俄歇電子,原則上，俄歇電子動能由原子核外電子躍遷前后的原子系統(tǒng)總能量的差別算出。常用的一個經(jīng)驗公式為：,式中：,w,、,x,、,y,分別代表俄歇電子發(fā)射所涉及的三個電子能級,E,Z,wxy,原子序數(shù)為,Z,的原子發(fā)射的俄歇電子的,俄歇電子的能量,E,原子中的電子束縛能。,例：已知,E,K,Ni,8.333KeV,，,E,L1,Ni,1.008KeV,，,E,L2,Ni,0.872KeV,，,E,L1,Cu,1.096KeV,，,E,L2,Cu,0.951KeV,，求,Ni,的,KL,1,L,2,俄歇電子的能量。,（,3,）,俄歇電子的能量,解：用上經(jīng)驗公

6、式求得：主要部分（前三項）,6.453,KeV,；,修正項（后一項）,0.084,KeV,所以：,Ni,的,KL,1,L,2,俄歇電子的能量,6.453,0.084,6.369,KeV,與實測值,6.384,相當(dāng)吻合。,俄歇過程至少有兩個能級和三個電子參與，所以氫原子和氦原子不能產(chǎn)生俄歇電子。,(Z,3),孤立的鋰原子因最外層只有一個電子，也不能產(chǎn)生俄歇電子，但固體中因價電子是共用的，所以金屬鋰可以發(fā)生,KVV,型的俄歇躍遷。,（,測試方法,P295,圖,5-26,）,顯然，俄歇電子與特征,X,射線一樣，其能量與入射粒子無關(guān)，而僅僅取決于受激原子核外能級，所以，根據(jù)莫塞萊定律，可以利用此信號所

7、攜帶的能量特征和信號強(qiáng)度，對試樣進(jìn)行元素組成的定性定量分析。,（,材料物理現(xiàn)代研究方法,P185,圖,7-3,）,俄歇電子能量圖：,（圖中右側(cè)自下而上為元素符號）,各種系列的俄歇電子能量；,每種元素所產(chǎn)生的俄歇電子能量及其相對強(qiáng)度（實心圓點高）。,由于束縛能強(qiáng)烈依賴于原子序數(shù)，所以，用確定能量的俄歇電子來鑒別元素是明確而不易混淆的。,實際檢測中，各種元素的主要俄歇電子能量和標(biāo)準(zhǔn)譜都可以在有關(guān)手冊中查到。,俄歇電子產(chǎn)額,俄歇電子產(chǎn)額或俄歇躍遷幾率決定俄歇譜峰強(qiáng)度，直接關(guān)系到元素的定量分析。俄歇電子與熒光,X,射線是兩個互相關(guān)聯(lián)和競爭的發(fā)射過程。對同一,K,層空穴，退激發(fā)過程中熒光,X,射線與俄歇

8、電子的相對發(fā)射幾率，即熒光產(chǎn)額,(,K,),和俄歇電子產(chǎn)額,( ),滿足,=1,K,俄歇電子產(chǎn)額與原子序數(shù)的關(guān)系,由圖可知，對于,K,層空穴,Z19,，發(fā)射俄歇電子的幾率在,90,以上；隨,Z,的增加，,X,射線熒光產(chǎn)額增加，而俄歇電子產(chǎn)額下降。,Z33,時，俄歇發(fā)射占優(yōu)勢。,俄歇分析的選擇,通常,對于,Z14,的元素，采用,KLL,俄歇電子分析；,14Z42,時，以采用,MNN,和,MNO,俄歇電子為佳。,Mg,的,KLL,系列俄歇電子能譜,（,材料物理現(xiàn)代研究方法,P183,圖,7-2,）,為什么說俄歇電子能譜分析是一種表面分析方法且空間分辨率高？,大多數(shù)元素在,501000eV,能量范圍

9、內(nèi)都有產(chǎn)額較高的俄歇電子，它們的有效激發(fā)體積（空間分辨率）,取決于入射電子束的束斑直徑和俄歇電子的發(fā)射深度,。,能夠保持特征能量（沒有能量損失）而逸出表面的俄歇電子，發(fā)射深度僅限于表面以下大約,2nm,以內(nèi)，約相當(dāng)于表面幾個原子層，且,發(fā)射（逸出）深度與俄歇電子的能量以及樣品材料有關(guān),。,在這樣淺的表層內(nèi)逸出俄歇電子時，入射,X,射線或電子束的側(cè)向擴(kuò)展幾乎尚未開始，故其,空間分辨,率直接由入射電子束的直徑?jīng)Q定。,直接譜與微分譜,直接譜,：俄歇電子強(qiáng)度,密度,(,電子數(shù),)N(E),對其能量,E,的分布,N(E),E,。,微分譜,：由直接譜微分而來，是,dN(E)/dE,對,E,的分布,dN(E

10、)/dE,E,。,俄歇電子能譜示例,(Ag,的俄歇能譜,),石墨的俄歇譜,從微分前俄歇譜的,N(E),看出，這部分電子能量減小后迭加在俄歇峰的低能側(cè)，把峰的前沿變成一個緩慢變化的斜坡，而峰的高能側(cè)則保持原來的趨勢不變。俄歇峰兩側(cè)的變化趨勢不同，微分后出現(xiàn)正負(fù)峰不對稱,。,化學(xué)位移效應(yīng),化學(xué)環(huán)境的強(qiáng)烈影響常常導(dǎo)致俄歇譜有如下三種可能的變化：,(,稱為化學(xué)效應(yīng),),錳和氧化錳的俄歇電子譜,1,）俄歇躍遷不涉及價帶，化學(xué)環(huán)境的不同將導(dǎo)致內(nèi)層電子能級發(fā)生微小變化，造成俄歇電子能量微小變化，表現(xiàn)在俄歇電子譜圖上，譜線位置有微小移動，這就是,化學(xué)位移,。,錳和氧化錳的俄歇電子譜,氧化錳,540,eV,58

11、7,eV,636,eV,錳,543,eV,590,eV,637,eV,錳,氧化錳,2,）當(dāng)俄歇躍遷涉及到價電子能帶時，情況就復(fù)雜了，這時俄歇電子位移和原子的化學(xué)環(huán)境就不存在簡單的關(guān)系，不僅峰的位置會變化，而且峰的形狀也會變化。,Mo,2,C,、,SiC,、,石墨和金剛石中,碳的,KLL,（,KVV,或）俄歇譜,3),能量損失機(jī)理導(dǎo)致的變化將改變俄歇峰低能側(cè)的拖尾峰。,由于俄歇電子位移機(jī)理比較復(fù)雜，涉及到,三個能級，不象,X,射線光電子能譜那樣容易識別和,分析，并且通常使用的俄歇譜儀分辨率較低，這方,面的應(yīng)用受到了很大的限制。,俄歇電子能譜法的應(yīng)用,優(yōu)點,：,作為固體表面分析法，其信息深度取決于

12、俄歇電子逸出深度,(,電子平均自由程,),。對于能量為,50eV2keV,范圍內(nèi)的俄歇電子，逸出深度為,0.42nm,。深度分辨率約為,1nm,，橫向分辨率取決于入射束斑大小。,可分析除,H,、,He,以外的各種元素。,對于輕元素,C,、,O,、,N,、,S,、,P,等有較高的分析靈敏度。,可進(jìn)行成分的深度剖析或薄膜及界面分析。,在材料科學(xué)研究中的應(yīng)用,材料表面偏析、表面雜質(zhì)分布、晶界元素分析；,金屬、半導(dǎo)體、復(fù)合材料等界面研究；,薄膜、多層膜生長機(jī)理的研究；,表面的力學(xué)性質(zhì),(,如摩擦、磨損、粘著、斷裂等,),研究；,表面化學(xué)過程,(,如腐蝕、鈍化、催化、晶間腐蝕、氫脆、氧化等,),研究；,

13、集成電路摻雜的三維微區(qū)分析；,固體表面吸附、清潔度、沾染物鑒定等。,局限性,不能分析氫和氦元素；,定量分析的準(zhǔn)確度不高；,對多數(shù)元素的探測靈敏度為原子摩爾分?jǐn)?shù),0.1%1.0%,；,電子束轟擊損傷和電荷積累問題限制其在有機(jī)材料、生物樣品和某些陶瓷材料中的應(yīng)用；,對樣品要求高，表面必須清潔,(,最好光滑,),等。,俄歇電子能譜的信息,元素沿深度方向的分布分析,AES,的深度分析功能是俄歇電子能譜最有用的分析功能。一般采用,Ar,離子束進(jìn)行樣品表面剝離的深度分析方法。該方法是一種破壞性分析方法，會引起表面晶格的損傷，擇優(yōu)濺射和表面原子混合等現(xiàn)象。但當(dāng)其剝離速度很快時和剝離時間較短時，以上效應(yīng)就不太

14、明顯，一般可以不用考慮。,深度分析,圖是,PZT/Si,薄膜界面反應(yīng)后的典型的俄歇深度分析圖。橫坐標(biāo)為濺射時間，與濺射深度有對應(yīng)關(guān)系。縱坐標(biāo)為元素的原子百分比。從圖上可以清晰地看到各元素在薄膜中的分布情況。在經(jīng)過界面反應(yīng)后，在,PZT,薄膜與硅基底間形成了穩(wěn)定的,SiO,2,界面層。這界面層是通過從樣品表面擴(kuò)散進(jìn)的氧與從基底上擴(kuò)散出的硅反應(yīng)而形成的,PZT/Si,薄膜界面反應(yīng)后的俄歇深度分析譜,微區(qū)分析,微區(qū)分析也是俄歇電子能譜分析的一個重要功能，可以分為選點分析，線掃描分析和面掃描分析三個方面。,這種功能是俄歇電子能譜在微電子器件研究中最常用的方法，也是納米材料研究的主要手段。,微區(qū)分析,選

15、點分析,俄歇電子能譜由于采用電子束作為激發(fā)源，其束斑面積可以聚焦到非常小。從理論上，俄歇電子能譜選點分析的空間分別率可以達(dá)到束斑面積大小。因此，利用俄歇電子能譜可以在很微小的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行選點分析，當(dāng)然也可以在一個大面積的宏觀空間范圍內(nèi)進(jìn)行選點分析。這種方法的優(yōu)點是可以在很大的空間范圍內(nèi)對樣品點進(jìn)行分析，選點范圍取決于樣品架的可移動程度。利用計算機(jī)軟件選點，可以同時對多點進(jìn)行表面定性分析，表面成分分析，化學(xué)價態(tài)分析和深度分析。這是一種非常有效的微探針分析方法。,微區(qū)分析,圖為,Si,3,N,4,薄膜經(jīng),850,快速熱退火處理后表面不同點的俄歇定性分析圖。從表面定性分析圖上可見，在正常樣品區(qū)，表面主

16、要有,Si, N,以及,C,和,O,元素存在。而在損傷點，表面的,C,O,含量很高，而,Si, N,元素的含量卻比較低。 這結(jié)果說明在損傷區(qū)發(fā)生了,Si,3,N,4,薄膜的分解。,圖,Si,3,N,4,薄膜表面損傷點的俄歇定性分析譜,微區(qū)分析,Si,3,N,4,薄膜表面正常點的俄歇深度分析,Si,3,N,4,薄膜表面損傷點的俄歇深度分析,微區(qū)分析,從圖上可見，,在正常區(qū),，,Si,3,N,4,薄膜的組成是非常均勻的，,N/Si,原子比為,0.43,。,而在損傷區(qū),，雖然,Si,3,N,4,薄膜的組成也是非常均勻的，但其,N/Si,原子比下降到,0.06,。,N,元素大量損失，該結(jié)果表明,Si,

17、3,N,4,薄膜在熱處理過程中，在某些區(qū)域發(fā)生了氮化硅的脫氮分解反應(yīng)，并在樣品表面形成結(jié)碳。,俄歇電子能譜的應(yīng)用舉例,俄歇電子能譜可以用來研究固體表面的,能帶結(jié)構(gòu),、,態(tài)密度,等。俄歇電子能譜還常用來研究表面的物理化學(xué)性質(zhì)的變化。如,表面吸附、脫附,以及,表面化學(xué)反應(yīng),。在材料科學(xué)領(lǐng)域，俄歇電子能譜主要應(yīng)用于,材料組分的確定,，,純度的檢測,，材料特別是薄膜材料的生長。俄歇電子能譜可以研究表面化學(xué)吸附以及表面化學(xué)反應(yīng)。在物理學(xué)，化學(xué)，材料科學(xué)以及微電子學(xué)等方面有著重要的應(yīng)用。,固體表面清潔程度的測定,在研究工作中，經(jīng)常需要獲得清潔的表面。一般對于金屬樣品可以通過加熱氧化除去有機(jī)物污染，再通過真

18、空熱退火除去氧化物而得到清潔表面。而最簡單的方法則是離子槍濺射樣品表面來除去表面污染物。樣品的表面清潔程度可以用俄歇電子能譜來實時監(jiān)測。,固體表面清潔程度的測定,圖顯示了在磁控濺射制備的鉻薄膜表面清潔前后的俄歇譜。從圖上可見，在樣品的原始表面上，除有,Cr,元素存在外，還有,C,、,O,等污染雜質(zhì)存在。在經(jīng)過,Ar,離子濺射清潔后，其表面的,C,雜質(zhì)峰基本消失。樣品表面的,C,污染并不是在制備過程中形成的，而是在放置過程中吸附的大氣中的污染。但氧的特征俄歇峰即使在濺射清潔很長時間后，仍有小峰存在。該結(jié)果表明有少量,O,存在于制備的,Cr,薄膜層中。該氧可能是由靶材的純度或薄膜樣品制備過程中的真

19、空度較低有關(guān)，而不僅僅是表面污染。,表面清潔前后的鉻薄膜表面俄歇電子能譜檢測,固體表面清潔程度的測定,表面吸附和化學(xué)反應(yīng)的研究,由于俄歇電子能譜具有很高的表面靈敏度，可以檢測到,10-3,原子單層，因此可以很方便和有效地用來研究固體表面的化學(xué)吸附和化學(xué)反應(yīng)。,下圖分別是在多晶鋅表面初始氧化過程中的,Zn LVV,和,O KLL,俄歇譜。,從圖上可見，當(dāng)暴氧量達(dá)到,50 L,時，,Zn LVV,的線形就發(fā)生了明顯的變化。俄歇動能為,54.6eV,的峰增強(qiáng)，而俄歇動能為,57.6eV,的峰則降低。表明有少量的,ZnO,物種生成。隨著暴氧量的繼續(xù)增加，,Zn LVV,線形的變化更加明顯，并在低能端出

20、現(xiàn)新的俄歇峰。表明有大量的,ZnO,表面反應(yīng)產(chǎn)物生成。,表面初始氧化過程的,Zn LVV,譜,Zn LVV,俄歇譜,1 L,的暴氧量的吸附后，開始出現(xiàn)動能為,508.2eV,的峰。該峰可以歸屬為,Zn,表面的化學(xué)吸附態(tài)氧，當(dāng)暴氧量增加到,30L,時，在,O KLL,譜上出現(xiàn)了高動能的伴峰，通過曲線解疊可以獲得俄歇動能為,508.6,eV,和,512.0eV,的兩個峰。后者是由表面氧化反應(yīng)形成的,ZnO,物種中的氧所產(chǎn)生。即使經(jīng)過,3000L,劑量的暴氧后，在多晶鋅表面仍有兩種氧物種存在。,這結(jié)果表明在低氧分壓的情況下，只有部分活性強(qiáng)的,Zn,被氧化為,ZnO,物種，而活性較弱的,Zn,只能與氧

21、形成吸附狀態(tài)。,表面初始氧化過程的,O KLL,譜,O KLL,俄歇譜,薄膜厚度測定,通過俄歇電子能譜的深度剖析，可以獲得多層膜的厚度。由于濺射速率與材料的性質(zhì)有關(guān)，這種方法獲得的薄膜厚度一般是一種相對厚度。但在實際過程中，大部分物質(zhì)的濺射速率相差不大，或者通過基準(zhǔn)物質(zhì)的校準(zhǔn)，可以獲得薄膜層的厚度。這種方法對于薄膜以及多層膜比較有效。對于厚度較厚的薄膜可以通過橫截面的線掃描或通過掃描電鏡測量獲得。,薄膜厚度測定,圖是在單晶,Si,基底上制備的,TiO,2,薄膜光催化劑的俄歇深度剖析譜。從圖上可見，,TiO,2,薄膜層的濺射時間約為,6,分鐘，由離子槍的濺射速率（,30nm/min,），可以獲得

22、,TiO,2,薄膜光催化劑的厚度約為,180nm,。該結(jié)果與,X,射線熒光分析的結(jié)果非常吻合（,182nm,）。,AES,測定,TiO,2,薄膜光催化劑的厚度,薄膜的界面擴(kuò)散反應(yīng)研究,在薄膜材料的制備和使用過程中，不可避免會產(chǎn)生薄膜層間的界面擴(kuò)散反應(yīng)。對于有些情況下，希望薄膜之間能有較強(qiáng)的界面擴(kuò)散反應(yīng)，以增強(qiáng)薄膜間的物理和化學(xué)結(jié)合力或形成新的功能薄膜層。而在另外一些情況則要降低薄膜層間的界面擴(kuò)散反應(yīng)。如多層薄膜超晶格材料等。通過俄歇電子能譜的深度剖析，可以研究各元素沿深度方向的分布，因此可以研究薄膜的界面擴(kuò)散動力學(xué)。同時，通過對界面上各元素的俄歇線形研究，可以獲得界面產(chǎn)物的化學(xué)信息，鑒定界面反

23、應(yīng)產(chǎn)物。,薄膜的界面擴(kuò)散反應(yīng)研究,難熔金屬的硅化物是微電子器件中廣泛應(yīng)用的引線材料和歐母結(jié)材料，是大規(guī)模集成電路工藝研究的重要課題，目前已進(jìn)行了大量的研究。圖是,Cr/Si,薄膜在熱處理后形成界面擴(kuò)散反應(yīng)后樣品的俄歇深度分析圖。,從圖上可見，薄膜樣品在經(jīng)過熱處理后，已有穩(wěn)定的金屬硅化物層形成。,同樣，從深度分析圖上還可見，,Cr,表面層已被氧化以及有,C,元素存在。這主要是由熱處理過程中真空度不夠以及殘余有機(jī)物所引起的。此外，界面擴(kuò)散反應(yīng)的產(chǎn)物還可以通過俄歇線形來鑒定。,AES,研究,Cr/Si,的界面擴(kuò)散反應(yīng),界面擴(kuò)散反應(yīng)研究,從圖可見，金屬,Cr LMM,譜為單個峰，其俄歇動能為,485.

24、7,eV,，而氧化物,Cr,2,O,3,也為單峰，俄歇動能為,484.2,eV,。在,CrSi,3,硅化物層以及與單晶硅的界面層上，,Cr LMM,的線形為雙峰，其俄歇動能為,481.5,和,485.3,eV,?？梢哉J(rèn)為這是由,CrSi,3,金屬硅化物所產(chǎn)生。硅化物中,Cr,的電子結(jié)構(gòu)與金屬,Cr,以及而氧化物,Cr,2,O,3,的是不同的。形成的金屬硅化物不是簡單的金屬共熔物，而是具有較強(qiáng)的化學(xué)鍵存在。該結(jié)果還表明不僅在界面產(chǎn)物層是有金屬硅化物組成，在與硅基底的界面擴(kuò)散層中，,Cr,也是以硅化物的形式存在。,在不同界面處的,Cr LMM,俄歇線形,界面擴(kuò)散反應(yīng)研究,從圖可見，金屬,Cr,的,

25、MVV,俄歇線的動能為,32.5,eV,而氧化物,Cr,2,O,3,的,MVV,俄歇線的動能為,28.5,eV,。在金屬硅化物層及界面層中，,Cr MVV,的俄歇動能為,33.3,eV,，該俄歇動能比純金屬,Cr,的俄歇動能還高。根據(jù)俄歇電子動能的討論，可以認(rèn)為在金屬硅化物的形成過程中，,Cr,不僅沒有失去電荷，并從,Si,原子得到了部分電荷。這可以從,Cr,和,Si,的電負(fù)性以及電子排布結(jié)構(gòu)來解釋。,Cr,和,Si,原子的電負(fù)性分別為,1.74,和,1.80,，表明這兩種元素的得失電子的能力相近。而,Cr,和,Si,原子的外層電子結(jié)構(gòu)分別為,3d54s1,和,3s13p3,。當(dāng),Cr,原子與

26、,Si,原子反應(yīng)形成金屬硅化物時，硅原子的,3p,電子可以遷移到,Cr,原子的,4s,軌道中，形成更穩(wěn)定的電子結(jié)構(gòu)。,圖,29,在不同界面處的,Cr MVV,俄歇線形,固體表面離子注入分布及化學(xué)狀態(tài)的研究,通過俄歇電子能譜的深度剖析，不僅可以研究離子注入元素沿深度方向的分布，還可以研究注入元素的化學(xué)狀態(tài)。,圖是,SnO,2,薄膜經(jīng)離子注入,Sb,后的薄膜的俄歇深度分析圖。從圖上可見，離子注入層的厚度大約,35nm,，而注入元素的濃度達(dá)到,12%,。僅從,Sb,離子的注入量和分布很難解釋離子注入薄膜的電阻率的大幅度降低。,離子注入,Sb,的,SnO,2,氣敏薄膜的俄歇深度分析圖,固體表面離子注入

27、分布及化學(xué)狀態(tài)的研究,圖是沿注入方向的,Sn,MNN,俄歇線形變化。在注,Sb,膜層中，,Sn,MNN,的俄歇動能為,422.8,eV,和,430 .2,eV,，介于金屬錫和,SnO,2,之間。顯然在離子注入層中，,Sn,并不是以,SnO,2,物種存在。在注,Sb,層中，,Sn,MNN,的俄歇動能比無,Sb,層低，說明,Sn,的外層軌道獲得了部分電子，這與,UPS,的研究結(jié)果是一致的。,在離子注,Sb,薄膜層中的,Sn,MNN,線形,固體表面離子注入分布及化學(xué)狀態(tài)的研究,從,Sb,MNN,的俄歇線形也可見，在注入層中，,Sb,MNN,的俄歇動能為,450.0,eV,和,457.3,eV,，而純

28、,Sb,2,O,3,的俄歇動能為,447.2,eV,和,455.1eV,。,表明離子注入的,Sb,并不以三價態(tài)的,Sb,2,O,3,存在，也不以金屬態(tài)存在。,由此可見，離子注入,Sb,薄膜的電阻率的降低不是由于金屬態(tài)的,Sb,所產(chǎn)生的。這與,Sb,與,SnO,2,的相互作用有關(guān)。,Sb,中的部分,5p,軌道的價電子轉(zhuǎn)移到,Sn,的,5s,軌道，改變了薄膜的價帶結(jié)構(gòu)，從而促使薄膜導(dǎo)電性能的大幅度提高。,在,Sb,離子注入薄膜層中,Sb,MNN,俄歇線形,固體化學(xué)反應(yīng)研究,俄歇電子能譜在薄膜的固體化學(xué)反應(yīng)研究上也有著重要的作用。金剛石顆粒是一種重要的耐磨材料，經(jīng)常包覆在金屬基底材料中用作切割工具和

29、耐磨工具。為了提高金剛石顆粒與基底金屬的結(jié)合強(qiáng)度，必須在金剛石表面進(jìn)行預(yù)金屬化。,固體化學(xué)反應(yīng)研究,圖是金剛石表面鍍,Cr,樣品的俄歇深度分析圖。從圖上可見，在金剛石表面形成了很好的金屬,Cr,層。,Cr,層與金剛石的界面雖有一定程度的界面擴(kuò)散，但并沒有形成穩(wěn)定的金屬化合物相出現(xiàn)。在高真空中經(jīng)高溫?zé)崽幚砗?，其俄歇深度剖析圖發(fā)生了很大的變化。,Cr/,金剛石原始薄膜的俄歇深度分析,固體化學(xué)反應(yīng),從圖可見，熱處理后，在,Cr/C,界面上發(fā)生了固相化學(xué)反應(yīng)，并形成了兩個界面化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物層。表面層為,CrC,物種，而中間層為,Cr,3,C,4,物種。,Cr/,金剛石薄膜經(jīng)真空熱處理后的俄歇深度分析,固體化學(xué)反應(yīng),圖是熱處理后樣品不同深度處的俄歇線形譜。從,Cr LMM,俄歇線形上，可以獲得在界面層上的確發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)并形成了新的物種,CrCx,。但從該線形還是難以分辨,CrC,和,Cr,3,C,4,物種。但從,Cr MVV,譜可見，,CrC,與,Cr,3,C,4,物種的俄歇動能還是有微小的差別。從,C KLL,俄歇線形上也可見，界面反應(yīng)的確形成了金屬碳化物。,Cr LM1M2,Cr LM3M4,Cr MVV,C KLL,END of AES,