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(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,,*,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(cè)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(duì)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,

2、射線使原子內(nèi)層能級(jí)電子電離，外層電子產(chǎn)生無(wú)輻射俄歇躍遷，發(fā)射俄歇電子，用電子能譜儀在真空中對(duì)它們進(jìn)行探測(cè)。,1925,年法國(guó)的物理學(xué)家俄歇（,P.Auger,）,在用,X,射線研究光電效應(yīng)時(shí)就已發(fā)現(xiàn)俄歇電子，并對(duì)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(shí)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,

3、）,例：,合金鋼的回火脆。 疑晶界有雜質(zhì)富集。,,將成分（％）,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(wàn)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(cè)出來(lái)的。（如：普通,EPMA,的空間分辨率約為1微米

4、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(shí)，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(gè)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(gè)電子能級(jí)，故常以三殼層符號(hào)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

5、,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)生的俄歇電子的動(dòng)能可近似地用經(jīng)驗(yàn)公式估算，即：,,俄歇電子,,原則上，俄歇電子動(dòng)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(gè)經(jīng)驗(yàn)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(gè)電子能級(jí),,,,E,Z,wxy,━,原子序數(shù)為,Z,的原子發(fā)射的俄歇電子的,αβγ,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

6、,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(yàn)公式求得：主要部分（前三項(xiàng)）＝,6.453,KeV,；,,,修正項(xiàng)（后一項(xiàng)）＝,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(shí)測(cè)值,6.384,相當(dāng)吻合。,,俄歇過程至少有兩個(gè)能級(jí)和三個(gè)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(gè)電子，也不能產(chǎn)生俄歇電子，但固體中因價(jià)電子是共用的，所以金屬鋰可以發(fā)

7、生,KVV,型的俄歇躍遷。,,（,《,測(cè)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(wú)關(guān)，而僅僅取決于受激原子核外能級(jí)，所以，根據(jù)莫塞萊定律，可以利用此信號(hào)所攜帶的能量特征和信號(hào)強(qiáng)度，對(duì)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(hào)）,,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(duì)強(qiáng)度（實(shí)心圓點(diǎn)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(lái)鑒別元素是明確而不易混淆的。,,實(shí)際檢測(cè)中，各種元素的主要俄歇電子能量和標(biāo)

8、準(zhǔn)譜都可以在有關(guān)手冊(cè)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(gè)互相關(guān)聯(lián)和競(jìng)爭(zhēng)的發(fā)射過程。對(duì)同一,K,層空穴，退激發(fā)過程中熒光,X,射線與俄歇電子的相對(duì)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(duì)于,K,層空穴,Z<19,，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。,,Z<33,時(shí)，俄歇發(fā)射占優(yōu)勢(shì)。,,俄歇分析的選擇,通常,,對(duì)于,Z≤14,的元素，采用,KLL,

9、俄歇電子分析；,,1442,時(shí)，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(shuō)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,50~1000eV,能量范圍內(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(gè)原子層，且,發(fā)射（逸出）深度與俄歇電子

10、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(shí)，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(duì)其能量,E,的分布,[N(E),－,E],。,,微分譜,：由直接譜微分而來(lái)，是,dN(E)/dE,對(duì),E,的分布,[,dN(E)/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(gè)緩慢變化的斜坡，而峰的高能側(cè)則保持原來(lái)的趨勢(shì)不變。俄

11、歇峰兩側(cè)的變化趨勢(shì)不同，微分后出現(xiàn)正負(fù)峰不對(duì)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(jià)帶，化學(xué)環(huán)境的不同將導(dǎo)致內(nèi)層電子能級(jí)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(dòng)，這就是,化學(xué)位移,。,,錳和氧化錳的俄歇電子譜,氧化錳,,540,eV,,587,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(jià)電子能帶時(shí)，情況就復(fù)雜了，這時(shí)俄歇電子位移和原子的化學(xué)環(huán)境就不存在簡(jiǎn)單的關(guān)系，不僅峰的位置會(huì)變

12、化，而且峰的形狀也會(huì)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(gè)能級(jí)，不象,X,射線光電子能譜那樣容易識(shí)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(diǎn),：,,①,作為固體表面分析法，其信息深度取決于俄歇電子逸出深度,(,電子平均自由程,),。對(duì)于能量為,50eV~2keV,范圍內(nèi)的俄歇電子，逸出深度為,0.4~2nm,。深度分辨率約為,1nm,，橫向分辨率取決于入射束斑大小。,

13、,②,可分析除,H,、,He,以外的各種元素。,,③,對(duì)于輕元素,C,、,O,、,N,、,S,、,P,等有較高的分析靈敏度。,,④,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,①,材料表面偏析、表面雜質(zhì)分布、晶界元素分析；,,②,金屬、半導(dǎo)體、復(fù)合材料等界面研究；,,③,薄膜、多層膜生長(zhǎng)機(jī)理的研究；,,④,表面的力學(xué)性質(zhì),(,如摩擦、磨損、粘著、斷裂等,),研究；,,⑤,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；,,⑥,集成電路摻雜的三維微區(qū)分析；,,⑦,固體表面吸附、清潔度、沾染物鑒定等。,,局限性,①,不能分析氫和氦元素；,,②,定量分析

14、的準(zhǔn)確度不高；,,③,對(duì)多數(shù)元素的探測(cè)靈敏度為原子摩爾分?jǐn)?shù),0.1%~1.0%,；,,④,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；,,⑤,對(duì)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(huì)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(shí)和剝離時(shí)間較短時(shí)，以上效應(yīng)就不太明顯，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

15、型的俄歇深度分析圖。橫坐標(biāo)為濺射時(shí)間，與濺射深度有對(duì)應(yīng)關(guān)系?？v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(gè)重要功能，可以分為選點(diǎn)分析，線掃描分析和面掃描分析三個(gè)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,選點(diǎn)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

16、以聚焦到非常小。從理論上，俄歇電子能譜選點(diǎn)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(diǎn)分析，當(dāng)然也可以在一個(gè)大面積的宏觀空間范圍內(nèi)進(jìn)行選點(diǎn)分析。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以在很大的空間范圍內(nèi)對(duì)樣品點(diǎn)進(jìn)行分析，選點(diǎn)范圍取決于樣品架的可移動(dòng)程度。利用計(jì)算機(jī)軟件選點(diǎn)，可以同時(shí)對(duì)多點(diǎn)進(jìn)行表面定性分析，表面成分分析，化學(xué)價(jià)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(diǎn)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)，表面主要有,Si, N,以及,C,和,O,元素存在。而在

17、損傷點(diǎn)，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(shuō)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(diǎn)的俄歇定性分析譜,,微區(qū)分析,,Si,3,N,4,薄膜表面正常點(diǎn)的俄歇深度分析,,Si,3,N,4,薄膜表面損傷點(diǎn)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,3,N,4,薄膜在熱處理過程中，在某些

18、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(lái)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(lái)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(cè),，材料特別是薄膜材料的生長(zhǎng)。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(cè)定,,在研究工作中，經(jīng)常需要獲得清潔的表面。一般對(duì)于金屬樣品可以通過加熱氧化除去有機(jī)物污染，再通過真空熱退火除去氧化物而得到清潔表

19、面。而最簡(jiǎn)單的方法則是離子槍濺射樣品表面來(lái)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(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。,,固體表面清潔程度的測(cè)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(zhǎng)時(shí)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空度較低有關(guān)，而不僅僅是表面

20、污染。,,表面清潔前后的鉻薄膜表面俄歇電子能譜檢測(cè),固體表面清潔程度的測(cè)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(cè)到,10-3,原子單層，因此可以很方便和有效地用來(lái)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(shí)，,Zn LVV,的線形就發(fā)生了明顯的變化。俄歇?jiǎng)幽転?54.6eV,的峰增強(qiáng)，而俄歇?jiǎng)幽転?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，并在低能端出現(xiàn)新的俄歇峰。表

21、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(dòng)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(shí)，在,O KLL,譜上出現(xiàn)了高動(dòng)能的伴峰，通過曲線解疊可以獲得俄歇?jiǎng)幽転?508.6,eV,和,512.0eV,的兩個(gè)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,只能與氧形成吸附狀態(tài)。

22、,,表面初始氧化過程的,O KLL,譜,O KLL,俄歇譜,,薄膜厚度測(cè)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(duì)厚度。但在實(shí)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(duì)于薄膜以及多層膜比較有效。對(duì)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(cè)量獲得。,,薄膜厚度測(cè)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(shí)間約為,6,分鐘，由離子槍的濺射速率（,30nm/min,），可以獲得,T

23、iO,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(cè)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(huì)產(chǎn)生薄膜層間的界面擴(kuò)散反應(yīng)。對(duì)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(dòng)力學(xué)。同時(shí)，通過對(duì)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

24、面反應(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(lái)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(gè)峰，其俄

25、歇?jiǎng)幽転?485.7,eV,，而氧化物,Cr,2,O,3,也為單峰，俄歇?jiǎng)幽転?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?jiǎng)幽転?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(jiǎn)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

26、可見，金屬,Cr,的,MVV,俄歇線的動(dòng)能為,32.5,eV,,,而氧化物,Cr,2,O,3,的,MVV,俄歇線的動(dòng)能為,28.5,eV,。在金屬硅化物層及界面層中，,Cr MVV,的俄歇?jiǎng)幽転?33.3,eV,，該俄歇?jiǎng)幽鼙燃兘饘?Cr,的俄歇?jiǎng)幽苓€高。根據(jù)俄歇電子動(dòng)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(lái)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,3s1

27、3p3,。當(dāng),Cr,原子與,Si,原子反應(yīng)形成金屬硅化物時(shí)，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

28、的俄歇深度分析圖,,固體表面離子注入分布及化學(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?jiǎng)幽転?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?jiǎng)幽鼙葻o(wú),Sb,層低，說(shuō)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?jiǎng)幽転?450.

29、0,eV,和,457.3,eV,，而純,Sb,2,O,3,的俄歇?jiǎng)幽転?447.2,eV,和,455.1eV,。,表明離子注入的,Sb,并不以三價(jià)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(jià)電子轉(zhuǎn)移到,Sn,的,5s,軌道，改變了薄膜的價(jià)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

30、料，經(jīng)常包覆在金屬基底材料中用作切割工具和耐磨工具。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(gè)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?jiǎng)幽苓€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,,,