俄歇電子能譜儀的基本原理是,在高能電子束與固體樣品相互作用時,原子內殼層電子因電離激發而留下一個空位,較外層電子會向這一能級躍遷,原子在釋放能量過程中,可以發射一個具有特征能量的 X 射線光子,也可以將這部分能量傳遞給另一個外層電子,引起進一步電離 ,從而發射一個具有特征能量的俄歇電子。檢測俄歇電子的能量和強度,可以獲得有關表層化學成分的定性和定量信息。
新一代的俄歇電子能譜儀多采用場發射電子槍,其優點是空間分辨率高,束流密度大,缺點是價格貴,維護復雜 ,對真空要求高。除 H 和 He 外,所有原子受激發后都可產生俄歇電子,通過俄歇電子能譜不但能測量樣品表面的元素組分和化學態,而且分析元素范圍寬,表面靈敏度高。顯微AES是 AES 很有特色的分析功能。一般顯微AES是先獲得掃描電子微顯圖像(SEM),再在 SEM 圖像上確定分析位置和分析方式。采用聚焦電子束,在樣品上作光柵式掃描,掃描與顯示熒光屏同步,得到樣品的顯微二次電子圖像。 SEM 像為樣品的形貌顯微像。在放大的 SEM 像上,找到要分析的位置(點、區域或線),將電子束聚焦到要分析的位置,采集俄歇信號,得到樣品上指定局域點元素信號。也可以根據特征俄歇譜峰,設定能量窗口,得到指定方向元素及其化學價態的線分布或指定區域內二維面分布,即俄歇像(SAM)。
無論 SEM 像還是 SAM 像,其主要技術指標均為空間分辨率,主要取決于聚焦電子束的束斑尺寸。顯然,一定條件下入射電子束斑越小, SEM 和SAM的分辨率越好,此時有效采樣面積減小,俄歇信號減弱。
為能得到高信噪比和高能量分辨率的俄歇信號,掃描俄歇能譜儀中采用了一系列的新技術,如新型高傳輸率電子傳輸透鏡系統、高質量的電子能量分析器和接收探測器,還配備有計算機、專業軟件以及高精度自動樣品定位系統。目前,SAM分析技術已經很成熟,技術性能和可操作性得到很大提高。