国家标准 GB/T26533一2011 俄歇电子能谱分析方法通则 GeneralruesftorAwgereleetronspeetrseopieamalysis 2011-05-12发布 2011-12-01实施国家质量监督检验检疫总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/T26533一2011 目次前言范围规范性引用文件术语和定义方法原理仪器 5.l 仪器组成仪器性能 5.2 样品分析步骤能量标尺校正 AES定性分析及操作步骤 7.2 7.3俄歇电子能谐的定量分析 7.4深度剖析元素化学态分析 7.5 分析结果的表述俄歇全谱 8.1 8.2窄谱 8.3线扫描谱 8.4深度剖析谱 8.5多点显微对比分析 8.6样品表面元素分布图(Augermap 8.7分析结果表述方式图1KLl俄歇跃迁图2俄歇电子能谱简图图3Cu、Au和AI三个参考物质的直接谱和微分谱(相对能量分辨率0.3%) 表1参考物质的俄歇电子动能参考值
GB/T26533一2011 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由全国微束分析标准化技术委员会(SAC/TC38)提出并归口本标准起草单位;清华大学化学系本标准主要起草人:姚文清、李展平、曹立礼、朱永法 m
GB/T26533一2011 俄歇电子能谱分析方法通则范围本标准规定了以电子束为激发源的俄歇电子能谱(AEs.AugerEletronspetroopy)的一般表面分析方法本标准适用于俄歇电子能谱仪规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T22461一2008表面化学分析词汇表面化学分析深度分析溅射深度的测量(SurfaceChemicalAnalysis IS(O/TR15969:2001 DepthProfilingMeasurementofSputteredDepth IsO18116;2005表面化学分析表面分析样品的制备和固定方法指南(SurfaceChemicalAnal GuidelinesforPreparationandMountingofSpecimensforAnalysis) ySIS AEs和YPs均匀材料定量分析所用的实验相对灵敏度因 ISO18118:2002(E) 表面化学分析子使用指南(SurfaceChemical AESandXPSGuidetouseofExperimentalRelativeSensi Analys1S tivityFactorsfortheQuantitativeAnalysisoHomogeneousMaterials) 表面化学分析俄歇电子能谱化学信息来源(SurfaceChemical ISO/TR18394:2006 Analysis一AugerElectronSpectrometersDerivationofChemicalInformation) Iso/TR19319;2003表面化学分析俄歇电子能谱和x射线光电子谱分析者对于横向分辨率,分析范围和样品观察范围的测定(SurfaceChenmiealAnalysis一AugerEletronspetro:eopyandx rayPhotoelectronSpectroscopyDeterminationofIateralResolution，AnalysisArea，andSample AreaViewedbytheAnalyser AsTME1078一2002表面分析中制样和装样的标准指南(StandsardGuideforSpecinmenPrepa andMounting ration inSurfaceAnalysis) AsTME1829-2002表面分析前样品处理标准指南(StandsardGuidelorHandlingSpecimens PriortoSurfaceAnalysis 术语和定义 GB/T22461一2008界定的术语和定义适用于本文件方法原理用一定能量的电子碰撞原子,使原子内层电子电离,这样在原子内层轨道上出现一个空位,形成了激发态正离子在激发态离子的退激发过程中,外层轨道的电子可以向该空位跃迁并释放出能量,该能量又可以激发同一轨道层或更外层轨道的电子使之电离,这种电子就是俄歇电子一般用wx,Y,表
GB/26533一2011 示任意一个俄歇跃迁图1清晰地表示出KLL 俄歇跃迁俄歇电子动能与激发源种类和能量大小无关,是元素的固有特征根据形成初始空穴壳层,随后弛豫及出射俄歇电子壳层的不同,在元素周期表中从锂到铀元素形成了KLL,LMM,MNN三大主跃迁系列,依据每个元素主俄歇跃迁谐峰所对应的动能大小就可以标识出元素的种类,用于元素的定性分析; 根据样品中所检测到的各元素谱峰的相对强度,再经过适当的校正便可获得样品中各元索的相对含量，进行定量分析真空能级图1KLL 俄歇跃迁仪器 5.1仪器组成俄歇电子能谱 5.1.1 图2给出俄歇电子能谱的简图它是由激发源、样品室、能量分析器、离子枪、检测器和数据采集、处理及输出系统(包括计算机和记录仪等)及超高真空抽气系统等组成能量分析器样品室检测器氛离子枪激发源电子枪) [超高真空系统] 数据采集、处理及输出系统超高真空抽气系统图2俄歇电子能谱简图
GB/T26533一2011 5.1.2激发源俄歇电子能谱仪以聚焦电子束作为激发源，一般能量范围在0.5kV30kV之间连续可调常采用的工作能量为3kV,5kV,10kV 目前仅有这三个特定能量条件提供相应的元素灵敏度因子数据供定量分析在进行高分辨的微区扫描微探针显微分析时,需要提高电子束的加速电压,降低相应束流,以提高空间分辨现代俄歇电子能谱仪采用高亮度的场发射电子源 5.1.3能量分析器能量分析器色散并聚焦不同能量的电子到检测器上俄歇电子能谱仪中的能量分析器一般采用静电分析方式,通常采用固定减速比(FRR或CRR)模式,包括半球型分析器(HsA)和简镜型分析器 cMA)两类结构,分析器常配有减速系统 5.1.4检测器检测器是用于接收、倍增、检测电子的一种装置常用的检测器有单通道电子倍增器(sCD)、单通道倍增器组合、多通道板检测器(MCP)和位敏检测器(PsD)等 5.1.5数据采集、处理和输出系统用计算机和相应的软件进行数据的采集和处理(如谱图的平滑,扣除本底、微分,积分,退卷积,谱峰拟合及定量计算等),并将分析结果以图文和数据形式输出 5.1.6超高真空系统俄歇电子能谱仪的激发源、样品室,能量分析器、检测器及离子枪都必须在超高真空条件下才能工作超高真空可维持样品表面原状,减少污染,并可减少俄歇电子与残余气体分子的碰撞几率俄歇电子能谱仪通常要求真空度优于10'Pa 超高真空抽气系统主要由机械系、,涡轮分子泵或扩散泵、溅射离子泵、钛升华泵与冷阱等经适当组合而成 5.1.7离子枪离子枪一般采用氯离子源主要应用于;清洁样品表面、进行深度剖析、利用低能离子束进行荷电中和 5.2仪器性能 5.2.1电子枪加速电压:0.5kV30kV 5 2.2束流;0.5nA~10A. 55 2. 3 束直径;10nm~0.5mm 分辨率;优于1%(Cu99.9%参考物质LVV峰. 5 2 55 2. 5 信噪比:>50(Cu99.9%参考物质LVV峰) 6 样品俄歇电子能谱仪常用于分析有一定导电性的片状,块状样品粉末样品可采用适当的方法将其固定在样品台上再进行分析安装样品时要尽量使样品与样品台有良好的电接触部分绝缘样品经过特殊处理也可进行俄歇电子能谱分析
GB/26533一2011 分析步骤能量标尺校正 7.1.1参考物质准备俄歇电子能谱仪的能量标尺校正需准备Cu、Au和AI三种多晶参考物质,其纯度>99.9% 测试前参考物质表面应按照ASTME18292002进行清洁 7.1.2校正步骤 7.1.2.1将备好的参考物质按照ASTME1078一2002要求固定在样品台上,确保良好的电接触 7.1.2.2按照ISO/TR19319:2003要求,用离子枪清洁样品表面直至碳、氧峰强度均低于最强信号 2%,确保参考物质元素峰强度最强相对灵敏度因子选择按照1SO18118:2002(E)进行 7.1.2.3上述参考物质的测量应在24h内完成如不能在24h内完成,在每次开始测量前要保证样品表面清洁程度达到7.1.2.2的要求对Cu参考物质,记录M.VV和LVV谱谐每步间隔设为0.1eV,信噪比优于50:1 如图 3a)所示结果 7.1.2.5对Au参考物质,记录M,N,.,N.,谱每步间隔设为0.1eV,信噪比优于20:1 如谱仪只能扫描到2keV或电子枪能量低于4kV,要用Cu和A代替Au,对Au和AI要做和Cu相同的测量如图3b)所示结果 7.1.2.6对AI参考物质,记录KL.L.,和LVV谱每步间隔设为0.1eV,信噪比优于50:1 如图3e)所示结果 7.1.3谱仪能量标尺的校正和确定 7.1.3.1分别测量参考物质的俄歇电子动能,包括直接谐峰动能和微分谱负峰动能与表1所示值对比确定被标定仪器动能坐标的校正值表1参考物质的俄歇电子动能参考值序可直接谱动能微分谐动E 俄歇峰 E./eV Ed./eV CuM.VV 58(62 60(66 CulVV 914(918) 915(923) 1388(1392 AIKIe.la. 1390(1396 AwMHN 2011(2016) 2021(2025 N6, 注1:当仪器相对能量分辨率低于0.3%时,对于AMN.,N.,可能只显示最低峰注2;当束能低于6keV及0.3%GB/T26533一2011 Ed 表1给出的对应参考峰位注，测量校正时,应确认谱仪的参考能级是真空能级还是费米能级,正确选取表中对应参考能量通常俄歇电子能谱仪是以费米能级作参考 7.1.3.3如AE,AE,AE和AE的值<2eV,则认为谱仪已经校准如上述四个值中任意一个大于2eV,则需重新校正完成第一次校正后,可重复多次以确保校正后的AE,AEe,AE和AE均小于等于2eV 注，如果所有的值在3eV一6eV范围,说明仪器可能是以费米能级而不是以真空能级作参考,高能量分辨率谱仪常出现这种情况 200 400 600 800 000 电子动能/ev (b a)cu参考物质的直接谱和微分谱 500 100 500 2000 2.4 电子动能/eV e bAu参考物质的直接谱和微分谱 2.0 1.6 1.2 0.8 0.4 -0.4 -0.8 -1.2 200 400 600 8001000120o1400l60 电子动能/eV e)A参考物质的直接谱和微分谐图3Cu、Au和AI三个参考物质的直接谱和微分谱相对能量分辨率0.3%
GB/26533一2011 7.1.4校正周期 -般为4个月如仪器有改动,或经重大维修,或发现峰能变化超过2eV或仪器连续停机超过 3个月,应对仪器进行校正当仪器不需要校准时,按下列步骤执行 7.2AES定性分析及操作步骤 7.2.1样品准备确保清洁操作环境按照ISG18116;2005,ASTME1078一2002,ASTME1829一2002进行样品准备,并确保样品和样品台间有极好的物理接触 7.2.2确定分析区域根据IsO/TR19319;2003的测定要求,观察样品的表面形貌,选择需要的分析区域 7.2.3样品工作距离的确定对于CMA能量分析器,需通过调节样品台的位置,使得到的弹性散射峰的能量与仪器标准能量一致对于HsA能量分析器通过优化样品位置,得到最佳信号强度 7.2.4设定仪器工作参数及分析模式 7.2.4.1对选定的分析区域确定具体的分析模式;多点分析、线扫描或深度剖析 7.2.4.2按仪器操作说明和测试要求,首先确定电子枪工作电压和束流,以及检测器工作参数按设定的条件采集谱图,将原始数据存盘,并经适当处理,输出最终分析结果 7.2.4.3 7.2.4.4对于多点微区对比分析,要在图像上标记选点、线扫描或深度剖析位置,将图像和对应谱图一起输出,完成定性分析 7.2.4.5深度剖析结果以组分随深度或刻蚀时间的图谱和数据输出 7.3俄歇电子能谱的定量分析 7.3.1定量分析原理俄歇谱峰相对强度是AEs定量分析的基础谱峰强度由微分谱峰-峰值定义,或通过直接谱的面积来计算利用俄歇电子能谱测量样品中元素的绝对浓度是相当困难的,因此,在常规定量分析中都是测量样品中各元素的相对含量,即以各元素主俄歇跃迁峰峰值为信号强度,除以各元素相对灵敏度因子,再作归一化处理便可得到样品表面各元素相对含量,其表达式见式(2). 1/s 1 式中: 元素i在谱中峰-峰值; 元素i的原子灵敏度因子单位为相对原子百分含量 C 注1;选用原子灵敏度因子时必须注意来源,如激发鄙的电压,仪器类型及仪器参数注2:定量公式只适用于分析区内组成均匀的样品
GB/T26533一2011 7.3.2定量分析步骤 7.3.2.1选择合适的电子束工作电压和束流,如3kV、5kV,10kV 7.3.2.2依据样品具体情况确定定量分析的元素能量区间,收集表面俄歇全谱 7.3.2.3按所确定的元素设定采集的能量范围,步长,循环次数等(计算机也可自动输人),获得各元素谱的峰强度数据 7.3.2.4完成上述步骤后,代人有关元素的灵敏度因子,按式(2)便可得到各元素的相对含量深度剖析 7.4.1分别设定电子枪和离子枪的工作参数,保证电子束的束斑位于离子束束斑的中心区域,采用手动或计算机自动控制依次完成深度剥离和定量采谱,得到在不同深度上各元素谱峰的相对强度,实现元素组成的深度剖析按照1so/TRI599,aI要求.依鹅各元素的灵般腹因子,得到各元素相对原子百分浓度在深 7.4.2 度方向上的分布情况 7.4.3溅射速率的标定是采用标准厚度的热氧化SiO或Ta,O通过刻蚀时间换算而成 7.5元素化学态分析 7.5.1利用俄歇电子能量的变化和线形的变化对一些元素的化学状态进行分析,通常对轻元素和中等质量元素的俄歇峰化学态分析较有效,如c,O,N,Si及Zn.Cu,Ga等元素 7.5.2涉及价电子的LVV俄歇跃迁,其特征俄歇峰位尤其是峰形受化学环境影响,一般可利用俄歇线形对元素化学态作定性表征 7.5.3依据Iso/TR18394;2006,根据具体情况,选取适当的工作参数,如能量范围步长,循环次数等,得到高分辨直接谱图和微分谱用适当的数学方法及软件,合理的处理方法去除非本征信号干扰,得到相关元素的本征直接谱， 7.5.4 供化学态分析分析结果的表述俄歇全谱 -般以清洁前后的全谱来说明样品原始表面污染状况及真实表面的化学组成通常可以直接谱和微分谱两种形式输出,在谱图上必须标出元素,如需要还应一并标出定量分析结果及俄歇跃迁类型 8.2窄谱用于说明表面元素的化学状态依据具体情况,选取适当的工作参数,如能量范围、步长、循环次数等,得到高分辨直接谱图和微分谱通常以直接谱形式输出,在谱图上必须标出相应的元素 8.3线扫描谱在图像上标出线扫描位置,在俄歇线扫描图上绘出有关元素沿线扫描轨迹的强度分布图 8.4深度剖析谱分别给出在设定的时间内有关元素峰强度值和相对原子百分数随溅射时间的变化 8.4.2如样品溅射速度已标定,应绘出元素信号强度或相对原子百分数随深度的变化
GB/26533一2011 8.5多点显微对比分析 8.5.1在形貌图上标注出选点序号; 8.5.2其他见8.18.3步骤样品表面元素分布图(Augermap) 8.6. 给出样品的二次电子像 8.6.2设定能量范围,得出相应的元素二维分布图,即俄歇像 8.6.3在合成图上以不同颜色标注出所测得元素的面分布对比,必要时可附上每个元素的微区俄歇谱图分桥结果表述方式实验报告内容包括:样品历史、实验日期,分析前处理、清洁程度,谱仪操作参数,分析结果分析人等

俄歇电子能谱分析方法通则GB/T26533-2011

俄歇电子能谱分析方法是一种非破坏性表征材料表面化学成分和物理性质的方法。它通过测量材料表面受到高能电子轰击后发射出的俄歇电子的能量分布，来分析表面的成分和性质。随着现代科技的不断发展，俄歇电子能谱分析方法在材料科学、化学、物理、电子工程等领域广泛应用。

定义和作用

俄歇电子能谱分析方法通则GB/T26533-2011是由中国国家标准化管理委员会发布的标准，旨在规范俄歇电子能谱分析方法的应用和操作。该标准详细描述了俄歇电子能谱分析方法的测量原理、设备要求、样品制备和测试方法等内容。

俄歇电子能谱分析方法通则的主要作用包括：

指导实验人员进行正确的俄歇电子能谱测试操作
提高测试结果的准确性和可靠性
规范俄歇电子能谱测试的数据处理和分析流程
推动该技术在相关领域的应用和发展

应用范围

俄歇电子能谱分析方法通则GB/T26533-2011适用于以下领域：

材料科学与工程：对表面成分和结构进行分析，研究材料的物理化学性质和表面反应过程等
化学与化工：分析化学反应机理、催化剂表面特性等
生物医药：研究生物材料的表面成分和形态变化
电子工程：研究电器元件的表面形态和界面特性等

测量原理

俄歇电子能谱分析方法是通过电子束轰击样品表面，使原子表面的俄歇电子被激发并跃迁到空位上，从而产生能量分布不同的俄歇电子。这些俄歇电子的能量与原子壳层内电子的结合能有关，因此不同元素的俄歇电子能谱具有独特的特征峰。

通过对样品表面俄歇电子能谱的测量和分析，可以确定样品表面的元素组成、化学状态和电子结构等信息。

注意事项

在进行俄歇电子能谱测试时，需要注意以下几点：

确保测试所用仪器和设备符合GB/T26533-2011的要求，并进行标定和校准
样品表面必须干净、平整、均匀，以保证测试结果的准确性
需要根据不同样品的特性选择适合的能量和电流参数
在测量过程中要注意防止样品受到氧化或污染等影响，避免误差产生
分析数据时需要根据GB/T26533-2011的规定进行操作，包括对峰形、背景和信噪比等参数进行精确计算和修正

总之，俄歇电子能谱分析方法通则GB/T26533-2011的发布，标志着该技术在国内得到了更为广泛的认可和应用。随着研究的深入和仪器设备的不断优化，相信俄歇电子能谱将会在更多领域发挥其重要作用。