第十四章其他显微分析方法【教学内容】1.离子探针显微分析2.俄歇电子能谱仪3.高分辨透射电镜【重点掌握内容】1.俄歇电子能谱的基本原理2.俄歇电子能谱分析及应用3.高分辨透射电镜的结构特征和成像原理【教学难点】1.俄歇电子能谱的基本原理和能谱分析2.高分辨透射电镜的成像原理一.离子探针显微分析离子探针是一种微区成分分析仪器。利用电子光学方法把惰性气体等初级离子加速并聚焦成细小的高能离子束轰击样品表面，使之激发和溅射二次离子，经过加速并进行质谱分析。不同元素的离子具有不同的荷质比e/m，据此可描出离子探针的质谱曲线，因此，离子探针可进行微区成分分析。分析区域可降低到1-2um直径和<5nm的深度，大大改善表面了表面成分分析的功能。离子探针仪结构示意图高能离子束与固体样品的交互作用反射离子：一部分入射离子在样品表面发生弹性碰撞后被反向弹回。二次离子：入射离子与样品原子碰撞时，可以将样品中的原子击出，被击出的原子可以是离子状态，也可以是中性原子状态，甚至是分子离子〔被击出部分是化合物）。被入射离子激发产生的这些离子，统称为二次离子。X光子或俄歇电子：入射离子还通过非弹性碰撞而激发出原子中的电子，使受激原子发射X光子或俄歇电子。离子注入：一部分入射离子经过多次非弹性碰撞，逐渐消耗能量直到停止运动，存留在样品中，称为离子注入。二次离子分类、记录：二次离子采用静电分析器和偏转磁场组成的双聚焦系统对离子分类、记录。被入射离子激发产生的这些离子，统称为二次离子。1.内层电子跃迁到费米能级，即克服该电子的结合能Eb；2.可用一个总的模型来描述试样厚度为t时样品的透射函数q(x,y)：HRTEM配备了高分辨物镜极靴和光阑组合，减小了样品台的倾转角，从而可获得较小的物镜球差系数，得到更高的分辨率。被入射离子激发产生的这些离子，统称为二次离子。如光电子(从产生处向表面)输远过程中因非弹性散射(损失能量)而产生的能量损失峰，X射线源(如Mg靶的K1与K2双线)的强伴线(Mg靶的K3与K4等)产生的伴峰，俄歇电子峰等。在应用X射线光电子谱进行化学分析时，应尽量避免或消除物理位移。最后，像模拟也能帮助确认一台已知分辨率的电镜是否能够满足揭示某一晶体的结构特征的要求。俄歇谱仪所用的圆筒发射镜电子能量分析器底片记录：离子数量被显示为谱线的感光黑度。导致这一差距的主要因素有入射电子与样品的弹性和非弹性相互作用机制、对衍射束强度和物镜聚焦作用的模拟计算以及图像记录系统的点扩展函数。轻微的电子束倾斜在常规的高分辨电子显微术的分析过程中是检测不到的。2.(二)离子探针质谱分析结果底片记录：离子数量被显示为谱线的感光黑度。电子倍增器计数：谱线强度〔cps〕表明元素或同位素的相对含量。(三)离子探针质谱分析特点及应用分析特点：数据量大，分析过程比较复杂；探测灵敏度高。运用：剖面分析：利用初级离子轰击溅射剥层，可获得元素浓度随深度的变化元素面分布分析：与电子探针类似，可以分析金属及合金中微量元素的分布状态。材料微区氢分析1.电子与样品作用后激发出的俄歇电子特点：俄歇电子具有特征能量，适宜作成分分析；俄歇电子的激发体积很小，其空间分辨率和电子束斑直径大致相当，适宜作微区化学成分分析；俄歇电子的平均自由程很短，一般在0.1～2nm范围，只能浅表层(约几个原子层厚度)内的俄歇电子才能逸出样品表面被探测器接收。适宜作表面化学成分分析；俄歇电子能谱法是用具有一定能量的电子束(或X射线)激发样品俄歇效应，通过检测俄歇电子的能量和强度，从而获得有关材料表面化学成分和结构的信息的方法。2.俄歇跃迁及其几率：俄歇电子产生的过程：A壳层电子电离，B壳层电子向A壳层空位跃迁，导致C壳层电子发射，即俄歇电子。考虑到A电子的电离引起原子库仑电场的改组，使C壳层能级由EC(Z)变成EC(Z+)，其特征能量为：EABC(Z)=EA(Z)-EB(Z)–EC(Z+)-EWEW－样品材料逸出功－修正值例如：原子发射一个KL2L2俄歇电子，其能量为EKL2L2=EK–EL2–EL2-EW引起俄歇电子发射的电子跃迁多种多样，有K系、L系、M系等。俄歇电子与特征X射线是两个相互关联和竞争的发射过程，其相对发射几率，即荧光产额K和俄歇电子产额K满足（K系为例）Z<15时，无论K、L、M系，俄歇发射占优势，因而对轻元素，用俄歇电子谱分析具有较高灵敏度。通常Z<14的元素，采用KLL电子；14<Z<42的元素，采用LMM电子；Z42的元素，采用MNN，MNO电子俄歇电子的信噪比〔S/N〕极低，检测相当困难，需要特殊的能量分析器和数据处理方法。（1〕阻挡场分析器〔RFA）（2〕圆筒反射镜分析器〔CMA