电子能谱

电子能谱

研究生课程《现代物理实验方法》之电子能谱

吴正龙北京师范大学分析测试中心1 表面分析及电子能谱

1.1 表面以及与表面相关的问题：

材料科学是研究材料的成分、分子或原子结构、微观与宏观组织及加工制造工艺和性能之间关系的学问。材料、能源、信息被称为现代技术的三大支柱。新材料是实现现代化的物质文明的基础。表面问题是材料研究中很重要的部分，尤其是现代材料中的微型材料，超薄材料，薄膜材料，材料的表面处理等，都离不开表面科学的应用。

表面：凝聚态与气态或真空的界面，或固体的终端；表面相（如表面悬挂键，不同于体相）0.5nm~10nm内，正好为电子能谱有效探测深度。

与表面相关的问题有：表面沾污（吸附）；表面腐蚀、摩擦、氧化、钝化等；材料的表面改性，镀层（涂层），膜/衬底，表面离子注入等处理；表面化学，催化，固气反应，表面脱附；表面物理，表面（界面）态及能带，界面扩散

表面、界面过渡层：体材料的许多的性质发生在表面（界面），表面特性与体内不同，与体内相比，表面界面的原子结构、电子结构很不同，如：

l 表面原子的悬挂键，周期性被破坏，晶格畸变、缺陷造成了能带的弯曲

l 表面吸附（污染）改变能带结构

l 界面也有类似的性质――异质结能带，功函数等

而且表面对环境敏感，因此，表面界面问题相对较复杂，特殊。这些表面界面特性会影响到材料的整体性质，如，晶体外延生长的衬底；纳米硅。还有一类问题，化学物理特性就发生在表面，HBT, 二维电子气。

表面物理、表面化学、表面分析学科的出现

1.2 主要表面分析方法

电子谱电子能谱：光电子谱PES {XPS, UPS}，最为常用：非破坏分析；有明确的化学位移，

能进行化学态分析；表面灵敏度高；对样

品要求不高，有机、无机，导电、非导电

均可。

俄歇电子能谱{常规AES, SAM}

电子能量损失谱

电子衍射LEED RHEED

离子谱二次离子质谱SIMS, SNMS, ISS, TDS, ...

形貌像电子显微术（SEM）, 离子显微术FIM(场离子显微镜)，光学显微术，SPM(AFM,STM) 其它APS(出现电势谱)，EPMA(EDAX), PIXE, RBS, S-EXAFS...

探测深度LEED,ISS SIMS (原子层)→电子能谱（n m）→E D A X,P I X E,R B S(μm)

1.3 电子能谱的发展

l 1905年，Einstein光电效应理论，ESCA（XPS）

l 1925年，Pierre Auger, AES

l 1954年，瑞典科学家K.Siegbahn，高灵敏度电子能谱仪，60年代后期进入商品化生产l 1962年，英国D.W.Jurner, UPS

l 1970’s, Synchrotron Radiation, SRPES

l 当今，电子能谱术的广泛应用，已成为最常用的表面分析技术

1.4 电子能谱仪简介

电子能谱仪在60年代后期进入商品化的仪器行列，主要得益于真空技术及电子信号处理技术。电子能谱术是一种最常用的表面分析方法，在我国已经基本普及，SRPES也已经得到应用。

世界上为数不多著名电子能谱仪制造商有：英国VG公司；美国PHI(Perkin Elmer)公司；法国Ribet公司；Keratos公司。

图1 某型号的X 光电子能谱仪基本构造示意图，半球形能量分析器

图2 一般电子能谱仪的构造方框图

当今新仪器发展的特点主要有：灵敏度高（检出限高，分析速度快）；能量分辨高（高性能单色器）；空间分辨率高（样品需要量小，微区分析或微小结构分析...）；自动化程度高...

对真空的要求：清洁，无/少油污染，<1e-8mbar; 抽速大，抽除各种气体，惰性、H 2等，无干扰，可烘烤。

真空条件p 下，原子在固体表面沉积的速度 N=3.513e23*p/(MT)^0.5 (s -1cm -2) p=1e-6torr(约1.33e-4Pa)时，沉积1个原子层N’=1e15原子cm -2，所需时间： t=N’/(N)=3s (M=40分子量, T=300K 温度，1分子层=0.4nm)

p=1e-9torr （UHV ）时，t=3000s. 真空越好分子（原子）吸附的几率越小。 另一方面，仪器的工作需要真空：电子的探测，X 射线源（X 光枪），电子源（电子枪）

能量分析器：半球型分析器（HSA ）, 筒镜型（CMA ）, ... HSA 工作模式FA T, FRR, 电子传输透镜，γ=ΔE/E

电子能谱：一定能量的电子、X 光、UV 等入射到（作用到）样品上，将样品表面原子中的不同能级的电子激发成自由电子，这些电子带有样品表面信息，具有特征能量，研究这类电子的能量分布，即为电子能谱分析。

光电子能谱：以光子激发自由电子，XPS ，UPS 2.1 基本知识 光电发射

h ν+M →M ++e(Ek)

能量关系（Einstein 关系）： Ek = h ν- Eb

→ Eb= h ν-Ek-E φ(固体)

图3 光电子发射和光电子谱

h ν-光子能量 Eb -结合能，相对于E F Ek -光电子动能

Eb=hv-Ek’- E φ’ ........ 样品 =hv-Ek-E φ .........仪器

O2s ● ○ E b1 O1s ● ○

图4固体样品的光电子发射能量关系图

原子能级结合能Eb对于原子来说是特征的，具有特异性，可以用它来标识原子及原子能级；Eφ为仪器功函数；hν 激发光子的能量。

X射线（特征）为已知能量，如M g Kα 1253.6e V/0.68e V和A l Kα为1486.6e V/0.83e V，用X射线的激发的光电子谱称为X P S(X-r a y P h o t o e l e c t r o n S p e c t r o s c o p y,X P S)，以前常称作E S C A（E l e c t r o n S p e c t r o s c o p y f o r C h e m i c a l A n a l y s i s， E S C A）。

紫外（Ultra Violet, UV）光常用HeI（21.2eV），HII（40.8eV）。用UV激发的光电子能谱，称为UPS。

对于更深能级可以可使用更高的X光，如CuKα(8055eV), Zr, Si, Ag的特征X射线; 必要时甚至可采用复合阳极靶。

常规为双阳极靶（MgKα/AlKα）, 双阳极XPS.

区分俄歇峰和光电子峰：切换Mg/Al可区分。

X射线单色器（Mono AlKα）

为提高能量分辨可用单色器单色化X射线，monochromated XPS。

2.2 XPS谱峰

聚丙烯表面污染层的O1s（主峰532.2eV）和O2s（主峰25.4eV）的光电子谱。

Zn2p光电子谱（双峰），但如Si2p，Al2p裂距（S.O.S）小。

Ag3d光电子谱（双峰），但如Ga3d裂距（S.O.S）小，一般XPS不能分开此双峰。

Au4f光电子谱（双峰）

图5聚丙烯中O1s和O2s光电子峰

标识XPS谱峰

符号ns; np1/2, np3/2; nd3/2, nd5/2...

L-S耦合

以d9为例：l=2

s=1/2 →J=5/2; 3/2

自旋轨道劈裂，裂距ΔE=E(J1)-E(J2); 裂距的大小反映了耦合的强弱。同一原子中，n增大，ΔE减小；同一壳层不同原子z增大，ΔE增大。

每一种元素都有一个最强峰，即光电子产额最大的能级，一般用此峰对原子或样品进行分析，有时也选用动能较大的光电子峰。

常规XPS能量范围：在BE 0-1400eV范围内。

1s元素Z＝3-12. O1s; C1s; F1s,

2p元素Z=13-33. Cu2p3/2; Zn2p3/2,

3d元素Z=34Se-66Dy. Ag3d,

4d 元素Z=67 Ho-71Lu

4f 元素Z=72Hf，79Au，82Pb，……

2.3 XPS的应用

在分析样品时一般是先收集宽程扫描谱收集全谱（survey），分析全谱，根据分析要求找出感兴趣的谱，窄程扫描收集高分辨谱并分析。

宽程扫描（Survey Scan, boad Scan, wide Scan）, 一般为0~1200eV(BE), 所有元素在此范围内都有明显的光电子峰出现。在宽程扫描谱图中标识峰时，先在整个能量范围内找出最强峰，再找出该元素其它能级相应的峰。在剩下的峰中，找出最强峰，重复上述方法，直至标识完图上所有峰。

100 200 300 400 500 600

700

800 900

1000

20040060080010001200

102030

405060

7060 A g 4p 98 A g 4s

286 C1s

1134 AgM 4N 45N 45

720 Ag3s 1/2

604 Ag3p 1/2

574 Ag3p 3/2

375 Ag3d 3/2

369eV Ag3d 5/2

Ag

C o u n t s p e r s e c o n d (k c p s )

Binding Energy /eV

图6 A g 宽扫谱图

V acancy E F =0

窄程扫描（Narrow scan, High resolution scan, Detail scan, Intensive scan）在作定量分析、分析化学态时和谱线形状分析时，仅作宽程扫描是不够的，必须对所感兴趣的区域进行高精度扫描，才能清晰地得到谱峰的细节，以作进一步地分析。高分辨扫描时，虽然分辨率提高，但峰强下降，统计误差大，可以多次扫描，信号平均，提高信噪比。以减小统计误差。

角分辨XPS I(θ) （Angle resolution XPS ，ARXPS ）

角分布扫描 θ，φ定， E 扫描 E 定， θ，φ扫描

角分解XPS （angle resolved XPS ，ARXPS ， 变角XPS ）

I （E ，θ）

深度剖析 获取纵向方向上的信息 I ～x ，C ～x

XPS 谱的主要应用 （1） 指纹识别元素

根据特征能量指认元素，判别样品中存在的元素。

结合能E b 与原子能级的特征能量间的关系E b ＝E （Koopmans ）-ε，与原子能级间存在对应关系：如C1s 1/2 （285eV ），F1s 1/2（686eV ）, O1s 1/2 Fe2p 3/2,1/2, Cu2p, Zn2p ，Ga2p ，Ag3d ，Au4f ，（见参考文献1）... （2） X PS 定量分析

原子[元素]灵敏度因子法：I=nf σλy θAT 令S=σλy θAT 即灵敏度因子， 则 n=I/S ；

其中y: 产生正常光电子的效率；f:入射到样品上X 光的通量。

对与S ，忽略不同样品（包括化合物）中的基体效应，使用元素灵敏度因子。

多组分中的原子分数比为：2

2112

1S I S I n n

=

。

探测到x 元素平均浓度 ∑

∑

=

=

i

S I S I i

i

x i

i x x n n Cx

说明：不适用于非均匀样品的测定

过渡金属，由于出现多重谱线y 小 →S 小; 且不同的化学态下，y 值不同。 F θ A T 与仪器有关，不同仪器或同一仪器不同工作条件有不同的灵敏度因子 误差大， 10%~20%

峰强I ，基线（扣除本底）→峰高*F W H M /2 积分面积 （尤其对于C A E 模式），对于本底扣除方法通常有：（峰背景）水平直线，（峰两边最低点）斜线，T o u g a a d , S h i r e l y 。

元素定量测量方法。

（3） 化学位移（结合能位移）

物理位移：由于物理因素而引起的结合能位移为物理位移，如相变，固体热效应，荷电效应等。

化学位移：由于原子处于不同的化学环境而引起的结合能的位移（ΔEb ）为化学位移。 如A+B=A +B -

A+q B-q

图7 元素化合引起结合能变化，化学位移

利用化学位移来鉴别化学态，这是XPS 最重要的应用.

举例： ● 三氟醋酸乙酯CF 3COOC 2H 5，C1s 在化学环境(官能团)中的XPS 谱

华中一 表面分析P168

图 三氟醋酸乙酯中处于不同化学态的碳原子所产生的C1s 光电子能谱

结论：电负性排列顺序 F>O>C>H

● 分析大蒜素分子结构

分子式：(C2H5)2S2O2

结构式：（1）C2H5-SO-SO-C2H5；（2）C2H5-S-SO2-C2H5

图大蒜素中S2p的光电子谱

XPS结论：大蒜素应为结构式（2）。

● Si晶片表面氧化Si2p

图纯硅表面被氧化后的高分辨XPS图

结合能化学位移变化规律：

[见参考文献2 PP231; 参考文献5.PP66]

(a) 同一元素中，1s, 2s, 2p1/2, 2p3/2, 3s, 3p1/2, 3p3/2, 3d5/2, 3d3/2, .... BE-à小.

(b) 同一周期内主族元素结合能ΔEb位移随化合价的升高线性增加；而过渡元素的ΔEb随化合价变化相反，如图为元素氧化物的结合能位移ΔEb与原子序数Z间的关系。

如Be B C N的ΔEb 在3~7eV间随Z直线增大；Ti V Cr Fe Co Ni Cu Zn 随Z直线下降。

图8金属及其氧化物的结合能位移ΔE b 与原子序数Z 间的关系

(c) 分子M 中某原子A 的内层电子结合能位移ΔE b A

同它周围的结合的原子电负性之和ΣX 有一定的关系。

(d) NMR, Mossbauer 谱，IR 关系； 在分子（化合物）分析中，(少数化合物)XPS 的ΔEb 与NMR, Mossbauer 谱的ΔEb 成正比。 (e) 反应热

XPS 分析的最突出的优点就在于它能根据ΔE b

大小判定元素的化学状态，尽管在理论计算上有进展，但涉及的因素很多，很难得到准确的理论计算结果。另一方面，很多化合物中元素的位移量小，分析困难，有时需借助于其他方法。文献5中P 73列出了光电子峰俄歇电子峰的位移。也可以进行分峰计算。

（4） X PS 分析薄膜（表层），薄膜厚度测量 一般常规XPS 得到的光电子的能量，小于2000eV ，在固体中逃逸深度一般约为3×0.5nm~3×10nm. XPS 只能分析表层，是一种表面灵敏的分析方法。利用此性质可以来分析薄层的厚度。

A ）基本理论 I=I 0exp(-x/λsin θ) λ:衰减长度(E A L )，θ：掠角 关键λ,理论计算I M F P ，λ=I M F P *n , n 为常数，如对于S i 约为0.8~0.9。 用经验公式计算E A L ,即λ，对于S i 2p 光电子（A l K a 激发），λ=2.1n m 。

对于在基体B 上的薄膜A 的体系，

))

/exp(1(')/exp('00

0θλθλθλSin d Sin I dx

Sin x I I AA AA A d

AA A A ??=?=∫

或 )]/exp(1[0θλSin d I I AA A A ??=

B

)/exp(')/exp('00θλθλθλSin d Sin I dx

Sin x I I BA BA B d

BA B B ?=?=∫

或 )/exp(0θλSin d I I BA B B ?=

)

/exp())/exp(1(00θλθλSin d I Sin d I I I B B A A B A ???=

假设 λλλ=≈BA AA 则

)1

()1)(ln(

]1)/[exp()(00θ

λθθλθSin d R R Sin d R R =+?=

B ）参数λ的计算 L ＝λ。I 为逃出样品表面的总电子数。 θ＝90° d =L d =2L d =3L d =4L d =∞ (I /I 0)=63% (I /I 0)=86% (I /I 0)=95% (I /I 0)=98% (I /I 0)=100%

1979年,S e a h 和D e n c h 收集了大量材料的电子衰减长度L 和电子能量E 的关系的数据，按材料种类分类，总结出了随电子动能E 的普适曲线或给出经验公式: L =538(a -0.5

E )-2

+0.41(a 3

E )0.5

（n m ） (适用于元素材料) (B 1) L =2170(a -0.5

E )-2

+0.72(a 3

E )0.5

（n m ） (适用于无机化合物) (B 2) a 为原子单层（M L ）厚度，也可理解为平均原子直径，可由下式求得 a 3

=M w

/(ρn N ) （B 3） 单位为n m ，式中M w

、ρ、n 及N 分别为摩尔质量（等于原子量或分子量）、体积密度（g c m -3

）

、分子中原子的数目（对于分子）及阿伏加得罗（A v g a d r o ）常数。 L =49(E /e V )-2

+0.11(E /e V )0.5

（n m ） (适用于有机化合物) (B 4)

上述三个式(B 1,B 2,B 4)中，E 为逸出电子的动能，单位均为e V ，L 的单位均为n m 。 一般公认S e a h 和D e n c h 提出的经验公式是较为精确的方法 E K

为逸出电子的动能即E ，单位均为e V . E k = h v - E b , （B 5 ） E b

为结合能, 实验采用铝靶 h v 为1486.6e V 。 计算2sio L 所用参数见表, 关于硅和二氧化硅的一些参数

表 关于硅和二氧化硅的一些参数

参数 S i S i O 2 M w (g /m o l ) ρ (g c m -3

) n E b

(e V ) 28.0855 2.3291 1 99.1

60.0843 2.196 3 103

得到S i 2p 电子在纯硅中的衰减长度)(靶Al L si =2.154n m 。

同理由（B 3），（B 5）式求出S i O 2的原子单层厚度a 为0.247n m 及E k

为1383.6e V 代入（B 2）式得到S i 2p 电子在S i O 2的衰减长度靶）

（Al 2sio L =3.288n m 。 C ）R O 的理论计算

B B A A B

A L N L

N I I R ==∞∞

式中各项的物理意义为：

∞

∞B

A I I ,分别为无限厚的覆盖层A 及底材

B 的峰强度; B A L L ,分别为覆盖层A

及底材B 中的衰减长度; N 为原子个数密度N =ρ N A /M A ρ为密度; N A 为阿伏加得罗常数; M A

为分子量 利用上表中的参数,以及经验公式计算所得的纯硅中S i 2p光电子的衰减长度

)(靶Al L si 为2.154n m 和覆盖层S i O 2中S i 2p 光电子的衰减长度靶）

（Al 2sio L 为3.288n m 代入可得: R 0

≈0.672 表 各项参数

X -r a y s M g 靶 A l 靶 物质 S i O 2 S i S i O 2 S i 电子

S i 2p

S i 2p S i 2p S i 2p 能量(e V ) I M E P (n m ) Q L (n m )

1150 3.264 0.988 2.964

1150 2729 0.983 2.415

1383 3.756 0.991 3.448

1383 3.147 0.987 2.2823

Si ρ，Si M 和2

SiO M 分别为2.3291 g c c -1

，28.0855和60.0843，但S i O 2

的密度2

SiO ρ与晶形有关，例如a -石英ρ＝2.648 g c c -1

，玻璃态或无定形石英的ρ＝2.196 g c c -1

。后者与硅片上生成的热氧化物相近。I

M F P 和Q 的数值也可从理论计算中得到。 计算得到R 0值为：R 0(M g )=0.530， R 0

(A l )=0.529

显然，R 0的计算误差主要来自2

SiO ρ和I M F P 。S e a h 等计算结果是R 0

(M g ,A l )＝0.53±0.05（2

SiO ρ取2.196 g c c -1

）。

D) 计算厚度d

由计算出的常数 R0和λ，代入下列公式计算膜厚d 。

)1

()1)(ln(

]1)/[exp()(00θ

λθθλθSin d R R Sin d R R =+?=

在一定的角度θ（与平面的夹角）下，测出峰强比R （θ）就可计算出厚度d 。为了得到更精确的测量结果，一般在多个不同角度θ下测量多个谱，采用线性最小二乘法拟合求得厚度d 。

（5）电子分布曲线EDC 、能态密度和价带

氢吸附在Si （111）面上的光电子能谱； 图 在线性聚醚的XPS 价带谱

（6）能带弯曲

半导体材料异质结界面能带图

2.4 在XPS 谱图上出现的其它峰

（1） 俄歇峰

多能级参与，FWHM 较宽

见Ag 全扫XPS 谱（P5）

（2） X 射线副线（伴线）satellite Source eV K α3

K α4 K α5 K α6 K β MgK α1,2 1253.6/100

8.4/8.0 10.2/4.1 17.5/0.55 20.0/0.45 48.5/0.5 AlK α1,2

1486.6 9.8/6.4 11.8/3.2 20.1/0.4 23.4/0.3 69.7/0.55

MgKa 副线产生的C1s 电子能谱。

（3） 鬼线（ghost line ） Source Oka/524.9eV CuLa/929.7eV MgKa AlKa Mg BE 728.7eV 323.9eV -- -233.0 Al BE 961.7eV 556.9eV 233.0eV --

（4） 震激（

Shake up ，携振）和震离（

Shake off ）伴线（峰） Shake up 高能线态

Shake off 激发到更高的连续态

C1s π 6.7eV Cu2p(CuO)

（5） 多重分裂

Fe3+(d5) 3d5未满（5个未配对），使3p6 XPS峰劈裂；

Fe(3d64s2) 3d6未满（4个未配对），使3s2 XPS峰劈裂；

Cr（3d54s1）3d5未满（5个未配对），使3s2XPS峰劈裂

（6） 光电子能量损失峰（等离激元）

SiO2中的O1s，(Si2p)的损失峰21eV。Al中Al2p的损失峰15.5eV

（7） 二次电子本底（散射电子）

2.4对样品的要求

(1) 固体样品（包括粉末），清洁干燥，饱和蒸气压小于1e-8mbar.

(2) 分析除H, He以外的元素

(3) 稳定性，在真空下不分解，在X光照射下不分解

(4) 元素含量高于灵敏度0.1%

2.5 谱图处理

扣除背景

滤波平滑

能量校准和荷电校准

计算峰位、半高宽（FWHM）、峰强[峰高度（计数cns，计数率cps），峰面积] 积分、微分

峰拟合（分峰处理）

3 俄歇电子能谱（AES）

3.1 前言

入射电子束或其它荷能粒子和物质作用，可以激发出原子的内层电子。外层电子向内层跃迁过程中所释放的能量，可能以X光的形式放出，即产生特征X射线，也可能又使核外另一电子激发成为自由电子，这种自由电子就是俄歇电子。

俄歇电子能谱比光电子能谱出现的晚。上世纪初光电效应研究很热门，法国科学家Pierre Auger 在1925年研究X射线光电效应时在威尔逊云室中发现：在X射线路径上，除有较长的光电子轨迹外，还有一些短小的轨迹分枝，后来通过实验发现室另外一些电子，俄歇对此作了解释，后人称这种电子为俄歇电子。60~70年代弱小信号放大技术的发展，逐步制成了商品化的仪器，俄歇电子能谱仪。由于入射电子很易实现扫描，发展起来扫描俄歇微探针（SAM）。俄歇电子能谱术的最大的特点是，空间分辨高，可以进行微区分析。一般将XPS, AES等集成在同一仪器上，组成多功能电子能谱仪，能方便地对同一样品进行多项表面技术分析，快速获取多方面地信息。

利用俄歇电子的特征能量可进行元素定性分析；利用俄歇电子的强度和样品中原子浓度的线性关系,进行元素的半定量分析,俄歇电子能谱法是一种灵敏度很高的表面分析方法。其信息深度为1.0-3.0nm, 绝对灵敏可达到10-3单原子层，它是一种很有用的分析方法。

3.2 俄歇电子能谱原理

3.2.1 原子的俄歇发射过程

俄歇过程示意图

俄歇电子为内转换电子，能量为E wxy k（Z）=E w（Z）-E x（Z）-E y(Z+Δ)

对于固体材料，需考虑功函数Φ，原子序数为Z时, 从固体中激发出来的俄歇电子的能量可以用下面经验公式计算：

E WXY(Z)=E W(Z)-E X(Z)-E Y(Z+Δ)-Φ

式中，E WXY(Z)：原子序数为Z的原子，W空穴被X电子填充得到的俄歇电子Y的能量。

E W(Z)-E X(Z)：X电子填充W空穴时释放的能量。

E Y(Z+Δ)：Y电子电离所需的能量。

因为Y电子是在已有一个空穴的情况下电离的，因此，该电离能相当于原子序数为Z和Z+1之间的原子的电离能。其中Δ=1/2-1/3。根据上式和各元素的电子电离能，可以计算出各俄歇电子的能量，制成谱图手册。因此，只要测定出俄歇电子的能量，对照现有的俄歇电子能量图表，即可确定样品表面的成份。

由于一次电子束能量远高于原子内层轨道的能量，可以激发出多个内层电子，会产生多种俄歇跃迁，因此,在俄歇电子能谱图上会有多组俄歇峰，虽然使定性分析变得复杂，但依靠多个俄歇峰,会使得定性分析准确度很高，可以进行除氢氦之外的多元素一次定性分析。3.2.2 俄歇电子的激发

激发源电子AES/SAM。

X光源XAES 即XPS 能谱中出现的Auger 谱峰。

其它能量粒子激发俄歇谱峰。

3.2.3 电子与固体表面相互作用

电子与固体相互作用后，产生弹性散射和非弹性散射，从样品表面出射除弹性电子和非弹性电子（背散射电子），（真）二次电子外，还产生荧光（磷光）；X光；离子；中性原子、分子；俄歇电子。一次电子对固体的作用区域比其照射区域（束斑）大，即俄歇分辨比一次

电子束斑大；显然一次电子的能量越大，作用区域越大，能量越小作用区域越接近于束斑。

图 电子束与固体的相互作用 图 电子能量谱

3.3 俄歇电子命名

如果电子束（或其它荷能粒子）将某原子K 层电子激发为自由电子，L 层电子跃迁到K 层，释放的能量又将L 层的另一个电子激发为俄歇电子，这个俄歇电子就称为KLL 俄歇电子。同样，LMM 俄歇电子是L 层电子被激发，M 层电子填充到L 层，释放的能量又使另一个M 层电子激发所形成的俄歇电子。

KLL; LMM; MNN; NOO..., 都有其特征能量

…… ……… ……… …… 4s 1/2-------------------------------------N 1 3d 5/2---------------------------------M 5 3d 3/2---------------------------------M 4 3p 3/2---------------------------------M 3 3p 1/2---------------------------------M 2 3s-------------------------------------M 1 2p 3/2---------------------------------L 3 2p 1/2----------------------------------L 2 2s 1/2--------------------------------------L 1 1s 1/2---------------------------------------K 光谱命名法 X 射线命名法 图 能级两种命名法

3.4 俄歇电子能谱

微分谱

积分谱（直接谱，直录谱）

俄歇能量

Ek KLL =Ek-2E L , ， Ek LMM =E L -2E M , ...

俄歇电子能量与激发源的能量无关。俄歇电子的动能为原子特征能量，可用于识别元素。 微分谱采用峰谷位置表示俄歇能量。 积分谱采用峰位表示俄歇能量。

俄歇电子强度