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俄歇电子（示意图）原图链接来自 知乎 的图片

俄歇电子由于原子中的电子被激发而产生的次级电子。当原子内壳层的电子被激发形成一个空洞时，电子从外壳层跃迁到内壳层的空洞并释放出能量；虽然能量有时以光子的形式被释放出来；这种能量可以被转移到另一个电子，导致其从原子激发出来。这个被激发的电子就是俄歇电子。这个过程被称为俄歇效应，以发现此过程的法国物理学家P.V.俄歇命名。

历史背景

俄歇现象于1925 年由 P .Auger 发现。 28 年以后，J .J .Lander 指出电子激发的俄歇电子可以用于检测表面杂质，但是要从噪声中检测出十分微弱的俄歇电子信号，当时技术上尚无法实现 。

1968年，L.A .Harris 提出了一种“相敏检测” 方法 ， 大大改善了信噪比，使俄歇信号的检测成为可能。以后随着能量分析器的完善 , 使俄歇谱仪达到了可以实用的阶段 。

1970 年通过扫描细聚焦电子束, 实现了表面组分的两维分布的分析(所得图像称俄歇图)，出现了所谓的扫描俄歇微探针。

1972 年 ，R .W .Palmberg利用离子溅射，将表面逐层剥离，获得了元素的深度分析，实现了三维分析。至此，俄歇谱仪的基本格局已经确定，开始被广泛使用。

俄歇电子的产生

当一束单色能量的电子束入射某样品时，则从该样品发射出具有不同能量的出射电子。出射电子按其能量分布的曲线有如下特征：在入射电子能量处有一尖锐的峰称弹性反射峰。在0 ～ 50eV 处有一宽峰 ,它是由入射电子经多次非弹性散射的二次电子组成。在上述两者之间存在着十分微弱的，叠加于背景信号上的小峰，其中包含有俄歇电子的信号。俄歇电子的发射过程是一种激发态电离原子的非辐射的退激发过程。对固体样品而言，俄歇电子发射过程如下（如图1），当有外来辐射、即入射电子束(大多数实用情况)或 X 射线(个别情况)作用样品时,一个电子从原子内壳层轨道(K)出射(电离)，其留下的空位立即被较外壳层(L1)的电子填充 , 在此过程中多余的能量可以通过发射特征 X 射线释放(荧光过程)，或交给另一壳层轨道(L2,3)上的电子 ,使其从原子出射 。此即为俄歇跃迁过程，其出射的电子称俄歇电子。

因为俄歇电子的能量 EK 是由相应的三个能级的电子结合能决定的, 而后者是代表元素原子种类特征，因此原则上测得 EK 即可判定元素之种类，关键是要测出俄歇电子N(E)随能量(E)的分布，即N(E)～ E 曲线, 或称为俄歇谱。俄歇谱可以由一个或多个俄歇峰组成, 每个俄歇峰对应每一个特定的俄歇跃迁过程 。用以测录俄歇谱的设备为俄歇(电子)谱仪。在实际工作中 , 以测录的俄歇谱和标准手册提供的图谱，通过一定的方法，以判定原子的种类和浓度。

电子的非弹性碰撞自由程

俄歇电子在样品内产生，携带有样品原子的特征信息， 在逸出表面之前，若和样品原子发生了各种非弹性散射过程(包括单电子激发和电离，等离子激发, 声子激发等)而改变了原有动能值，则其携带的信息将丢失。由此，只有那些在逸出表面前未发生非弹性碰撞的电子才是有意义的 。

由于常用的俄歇电子的能量均在 2keV 以下,因此大致上只有在表面 2nm 深度范围内发射的俄歇电子才能不改变原携带的信息而逸出体外。这就是俄歇谱仪之所以表面灵敏的原因。值得指出的是，以上讨论也适用其它过程产生的电子，如 X 光电子谱仪的情况。

俄歇电子谱的测量

俄歇电子谱是俄歇电子信号 N(E)随其动能 E的分布。有两种表达方式，分别为直接谱和微分谱。

直接谱 N(E)～ E

对于直接谱而言，此时俄歇电子信号 N(E)以背景之上的俄歇电子峰的高度或俄歇峰所覆盖的面积表示。谱图保留了丰富的化学信息，随着弱信号测量技术的进步和高能量分辨俄歇电子谱仪的应用，此种测量方式日益受到重视。

微分谱 dN(E)/dE ～ E

在微分谱中，dN(E)/dE 为俄歇电子信号对能量的一次微分，此时俄歇电子信号强度以微分谱的正、负峰的峰与峰的高度差表示，常称为峰-峰值。

能量特性

俄歇电子具有特征性能量，其能量与释放俄歇电子的原子中的电子转移有关。俄歇电子的释放是释放特征性x射线的替代形式。俄歇电子的能量EA可由下面式子得出：EA=E1-E2-E3，其中，E1为具有内壳层空位的原子能量，E2为具有外壳层空缺的原子能量，E3为（俄歇）电子的结合能。

应用

俄歇电子能谱仪，是根据分析俄歇电子的基本特性所得到材料有关表层化学成分的定性或定量信息的仪器。主要应用于表层轻微元素分析。今年来，由于超高真空（Pa）和能谱检测技术的发展，俄歇谱仪作为一种极为有效的表面分析工具，为探索和澄清许多涉及表面现象的理论和工艺问题，做出了十分可贵的贡献，日益受到人们的普遍重视。

视频

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