俄歇电子能谱学

俄歇电子能谱学（AES；在法语中发音为 [oʒe]）是一种常用的分析技术，专门用于表面研究，更广泛地说，用于材料科学领域。 它是一种依赖俄歇效应的电子光谱学形式，基于对一系列内部弛豫事件后从激发原子发射的高能电子的分析。 俄歇效应是由 Lise Meitner 和 Pierre Auger 在 1920 年代独立发现的。 虽然这一发现是由迈特纳发现的，并最初于 1922 年在 Zeitschrift für Physik 杂志上进行了报道，但大多数科学界都认为是俄歇发现了这一发现。 直到 20 世纪 50 年代初期，俄歇跃迁才被光谱学家认为是令人讨厌的效应，不包含太多相关的材料信息，但研究是为了解释 X 射线光谱数据中的异常。 然而，自 1953 年以来，AES 已成为一种实用且直接的表征技术，用于探测化学和成分表面环境，并已在冶金、气相化学和整个微电子行业中得到应用。

俄歇效应是 AES 核心的电子过程，由激发原子中电子的态间和态内跃迁产生。 当一个原子被外部机制探测时，例如光子或能量在几 eV 到 50 keV 范围内的电子束，核心态电子可以被移除，留下一个空穴。 由于这是一个不稳定的状态，核心孔可以被外壳电子填充，从而移动到较低能级的电子失去的能量等于轨道能量的差异。 跃迁能可以耦合到第二个外壳电子，如果转移的能量大于轨道结合能，该电子将从原子中发射出来。

其中 E Core State {\displaystyle E_{\text{Core State}}} , E B {\displaystyle E_{B}} , E C ′ {\displaystyle E_{C}'} 分别是核心层级， xxx外壳和第二外壳电子结合能（从真空能级测量）被认为是正的。 撇号 (tic) 表示由于原子的电离性质而对外壳电子的结合能进行了轻微修改； 然而，为了简化计算，这种能量修改通常会被忽略。 由于轨道能量对于特定元素的原子是xxx的，因此对射出电子的分析可以得出有关表面化学成分的信息。

在俄歇事件期间电子可用的状态到状态转换的类型取决于几个因素，从初始激发能量到相对相互作用率，但通常由一些特征转换决定。 由于电子的自旋和轨道角动量（自旋-轨道耦合）之间的相互作用以及原子中不同壳层的伴随能级分裂，存在多种填充核孔的跃迁路径。 能级使用多种不同的方案进行标记，例如重元素的 j-j 耦合方法 (Z ≥ 75)、轻元素的 Russell-Saunders L-S 方法 (Z < 20) 以及中间元素的两者组合。 j-j 耦合方法在历史上与 X 射线符号相关联，几乎总是用于表示俄歇跃迁。 因此对于 K L 1 L 2 , 3 {\displaystyle KL_{1}L_{2,3}} 转换，K {\displaystyle K} 表示核心层孔，L 1 {\displaystyle L_{1}} 弛豫电子的初始状态，以及 L 2 , 3 {\displaystyle L_{2,3}} 发射电子的初始能量状态。

用相应的光谱符号说明了这种转变。 芯孔的能级通常会决定哪种跃迁类型更受青睐。 对于单一能级，即 K，跃迁可以从 L 能级发生，从而在俄歇谱中产生强 KLL 型峰。 更高级别的转换也可能发生，但可能性较小。 对于多级壳层，可以从更高能量轨道（不同的 n，ℓ 量子数）或同一壳层内的能级（相同的 n，不同的 ℓ 数）获得跃迁。 结果是 LMM 和 KLL 类型的转换以及更快的 Coster–Kronig 转换，例如 LLM。 虽然 Coster–Kronig 跃迁速度更快，但它们的能量也更低，因此更难在俄歇谱上定位。 随着原子序数 Z 的增加，潜在俄歇跃迁的数量也会增加。 幸运的是，xxx的电子-电子相互作用发生在靠得很近的能级之间，从而在俄歇光谱中产生特征峰。