四．工作原理

四．工作原理 低能量電子(1~3Kev)在固態材料內的平均自由路徑很短(約5~20Å)，AES檢測的表面有效深度為50Å以內；如果利用離子束濺射試樣表面，將表面一層一層刮除掉，並檢測新表面的歐傑電子訊號，就可以得到試樣自表面到內部的元素成份之縱深分佈(depth profile)。動能2~30Kev 電子槍 Electron energy analyzer sample 由動能值分析，可以判斷表面的成份或化學態

歐傑程序是物理的second order作用，訊號很低，需用鎖相放大技術（locking amplifier technique）才看得到，由於訊號低，一般以微分訊號當作歐傑電子訊號，因其微分訊號一定會有正負值，而且經過零點，很容易辨識，但失去了物理意義。 • AES是利用入射電子束或光子將材料原子的最底層電子激發出來，進入真空，此時原來的電子位置會留下空缺，稱為電洞（electron hole），此時比此電洞的能量位置更高的電子會跳到電洞位置，當上層電子降下來填補空缺時，有兩種方式釋放出所多出來的能量差，（一）放出X光，（二）激發另一個電子，逃逸到真空，此電子稱為歐傑電子(Auger electron)，此程序稱為歐傑程序（Auger process）。 AES的原理結構圖

歐傑電子的形成需有兩個電子能階軌域及三個電子能階軌域，因此He及H兩元素無法產生歐傑電子。歐傑電子的形成需有兩個電子能階軌域及三個電子能階軌域，因此He及H兩元素無法產生歐傑電子。

因原子的周圍環境不同，或其本身的氧化不同，導致有所改變，此即稱為化學上的位移(Chemical shift)，約0~10eV。既然AES電子的動能與以上所提三能階有關，而能階又是各種不同元素辨識的指標，因此由能量分析可以判定原來成分的元素，經過標準樣品校準後可做定量分析，利用外加離子濺射可同時做成縱深度分佈(depth profile)。圖二基本能階圖

AES及ESCA的電子從材料表面能夠脫離的深度(Escape depth)的限制，顧僅有約表面深度20~30Å內，儀器的探測器才可測知其動能，此乃ESCA只能做為表面分析儀器的主要因素，這也是AES及ESCA作為表面分析的基礎，可由圖三表示之。圖三 AES與ESCA電子平均脫離深度

選取檢測光譜中的最大波峰。利用歐傑能量卡由波峰能量值推斷待測元素，以該元素的標準光譜能量值、波峰形狀、不同能階的歐傑波峰等進行比對，而確定其為相同元素。其次再審查是否還存在其他非此元素之波峰，通常即使存在其他元素時，最大波峰與副峰的相對位置及大小也無變化，因此通過與標準光譜之副峰的比對，即可加以辨認。選取檢測光譜中的最大波峰。利用歐傑能量卡由波峰能量值推斷待測元素，以該元素的標準光譜能量值、波峰形狀、不同能階的歐傑波峰等進行比對，而確定其為相同元素。其次再審查是否還存在其他非此元素之波峰，通常即使存在其他元素時，最大波峰與副峰的相對位置及大小也無變化，因此通過與標準光譜之副峰的比對，即可加以辨認。入射電子能量：5vkV N為歐傑電子於某一能量E時之電子數掃描寬度：0~1000eV 刻度因素：3.1 鉑 • (一)歐傑訊號之分析方法: • A、定性分析法靈敏度：0.29 dN/dE的訊號

B、定量分析法 一靈敏度係數法： ①經由定性分析法判斷別出試樣中所有元素。 ②測出各元素的指定波峰高度。 ③將測定所得各元素之波峰高度Hx及其波峰之靈敏度係數Sx代入公式，即可求出預測元素X之濃度CX（原子數濃度）。二 100%濃度試樣同時分析法： • ①在相同情況下將檢測試樣與百分之百濃度標準試樣之歐傑光譜做一比較。 • ②將檢測試樣的波峰高度Hx及100%濃度試樣的波峰高度H0代入公式，即可求出待測元素之濃度

三定量基準試樣同時分析法： • ①在相同條件下測定檢測試樣與標準銀試樣之歐傑光譜 • ②將檢測試樣的波峰高度HX、波峰的靈敏度係數Sx及銀的波峰高度HAg，代入公式則可求出待測元素之濃度CX (二)歐傑電子能量的鑑定 • 歐傑電子的動能只與元素激發的原子軌道的能量有關，而與激發源的種類和能量無關。 • 歐傑電子的能量躍遷過程涉及的原子軌道能階的結合能來計算。

(三)歐傑電子能譜的鑑定 • 歐傑電子能譜的鑑定在於對每個元素歐傑電子能量的了解，以Si為例，Si元素有KLL、KLM、KMM、KLV、KMV、KVV等歐傑電子。 • 每個Si的歐傑電子的能量是固定不變的，不會因電子鎗的電子束能量不同而改變。 • 在鑑定上都取訊號最強的Si KLL歐傑電子當作分析訊號，以便提高偵測速度以及偵測的靈敏度。

若要確定元素是純元素或是以化合物態存在，也可由歐傑電子能譜鑑定，因元素在化合態時其歐傑電子能量會與純元素不同，此能量位移的現象稱為化學位移（Chemical shift）。 • 有兩項因素使得一般不以歐傑電子的化學位移，當作標準的化學位移量： • （一）歐傑電子訊號的能量寬度太大 • （二）歐傑電子的化學位移量是三個能階的位移量經計算求得的。

習慣上化學位移量的測定以X光光電子能譜儀直接測到的單一能階化學位移量為準，它有兩項優點：習慣上化學位移量的測定以X光光電子能譜儀直接測到的單一能階化學位移量為準，它有兩項優點： • （一）能量解析度佳 • （二）因是單一能階化學位移量，較易與理論計算比較。 • 在元素鑑定時，並不需要一一核對元素的歐傑電子數據，任何一家公司出產的歐傑電子能譜儀，隨機都附有一套資料庫，裡頭存有每個元素的歐傑電子訊號，因此在量測時很容易就可由電腦輔助，分析或鑑定在分析的材料表面上有那些元素存在。

(四)歐傑電子能譜的定量分析 • 歐傑電子能譜的定量分析是採用相對敏感度分析法（relative sensitivity factor analysis），其基本精神是將從試片取得的歐傑訊號強度與標準試片的互相比較，取得定量數據。 • 但因要避免每一次實驗都要準備各元素的標準試片，一般商業機器都已預先將各元素的純標準試片的歐傑訊號強度與銀標準試片的351 eV的MNN歐傑電子強度比較，此相對值就是元素對銀的相對敏感度（Relative sensitivity factor）S。

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