俄歇效應(yīng)及鎖相放大器在俄歇電子能譜分析技術(shù)中的應(yīng)用

俄歇效應(yīng)是P．Auger于1925年發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電子束照射到樣品上時(shí)，樣品原子內(nèi)的電子能級(jí)上會(huì)產(chǎn)生空位。這種狀態(tài)是不穩(wěn)定狀態(tài)，樣品在趨于穩(wěn)定的過程中會(huì)發(fā)射出熒光X射線，在1個(gè)電子躍遷到空位上的同時(shí)另一個(gè)電子逸出到自由空間。這個(gè)逸出的電子就叫做俄歇電子。
   
俄歇電子運(yùn)動(dòng)的能量與照射的電子束的能量無關(guān)，它取決于物質(zhì)的固有能量。因此，測量自材料逸出的俄歇電子的能譜，就可以對(duì)材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。
     
俄歇電子能譜儀(AES)的照射源通常采用2k～10keV的電子束，俄歇電子運(yùn)動(dòng)能量的測量范圍是0～1keV。這個(gè)能量范圍中除俄歇電子以外還存在有基于2次電子發(fā)射的具有相同運(yùn)動(dòng)能量的其他多種電子。所以，不僅要測量電子的能量，還必須測量因俄歇電子所引起電子的增減。
       
如果用電現(xiàn)象來表現(xiàn)，就是有兩個(gè)頻率相同的信號(hào)，其中一個(gè)是一定值，而另一個(gè)相位和振幅是變化的。所以，在整體上就是被測定體傳輸函數(shù)微小變化的問題。對(duì)于微小的相位變化，可以用高靈敏度的鎖相放大器(PSD)輸出的變化作為測量結(jié)果使用。
      
調(diào)整參考信號(hào)的相位使PSD輸出為0后開始進(jìn)行測量，PSD輸出的變化點(diǎn)表示俄歇電子的存在。
       
與AES相似，測量從樣品表面發(fā)射出電子的方法還有真空紫外光電子能譜分析法(Vacuum Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy,UPS)．X射線光電子能譜分析法(X-rav  Photoelectron Spectroscopy,XPS)等。AES在樣品表面元素的定性、定量分析方面特別有效。UPS可以分析樣品的能帶結(jié)構(gòu)以及吸附原子價(jià)電子的狀態(tài)。
       
XPS能夠進(jìn)行定性、定量分析以及原子、分子結(jié)合狀態(tài)的分析。
       
圖1是AES的裝置框圖。電子束被與鎖相放大器參考信號(hào)相同的頻率調(diào)制后照射樣品。自樣品發(fā)射出的俄歇電子經(jīng)過筒形鏡分析器進(jìn)行過濾。
 

圖1  俄歇電子能譜

       
筒形鏡分析器的外圓筒由電源E1加負(fù)電位，所以電子前進(jìn)時(shí)受排斥力作用返向中軸。樣品發(fā)射出電子的運(yùn)動(dòng)速度與具有的能量成比例，只有具有某種速度的電子(B)才能夠順利地穿過兩個(gè)窗口到達(dá)傳感器。速度高的電子(A)以及速度低的電子(C)只能撞到內(nèi)圓筒的壁上而不能被傳感器收集。所以，這種筒形鏡分析器對(duì)于不同速度（能量）電子的作用就相當(dāng)于帶通濾波器BPF。通過改變電源E1就可以選擇到達(dá)傳感器的電子的速度，所以相當(dāng)于電壓控制的BPF的作用。
       
用鎖相放大器分析來自傳感器的電信號(hào)，按控制器的指令記錄電子能譜的變化。