Auger electron spectroscopy (AES) - 오제 전자 분광법

Auger electron spectroscopy (AES)는 고에너지 전자 빔을 사용하는 표면분석 기술입니다. Auger 효과를 기반으로 하는 전자 분광학의 한 형태입니다. Auger 효과는 원자나 이온에서 방출되는 전자로 인해 또 다른 전자가 방출되는 물리적 현상을 말합니다. 이때 발생하는 두 번째 방출전자를 오제 전자 (Auger electron) 라고 부릅니다. 이 효과는 1925년에 프랑스의 물리학자 Pierre Auger에 의해 발견되었습니다. 프랑스어 발음으로 오제라고 하는 듯 합니다. AES는 샘플 내에 존재하는 원소를 식별하기 위해 방출된 전자의 에너지를 사용합니다.

 

Auger 효과란?

Auger 효과는 원자나 분자의 전자가 외부 에너지에 의해 이동하거나 흡수되는 과정에서 발생합니다. 일련의 전자 전이가 일어나게 되면, 외부 에너지에 의해 전이된 전자가 원자나 분자 내부 전자의 에너지 상태에 변화를 주게 되고, 이러한 상태의 전자가 추가 전이를 통해 에너지를 방출하면서 Auger 전자가 발생합니다.

 

Auger 전자란?

Auger 전자는 발생 위치의 주변 원자나 분자에서 이탈한 전자입니다. 이 전자는 원자나 분자의 내부 전자 수준에서 발생하기 때문에 해당 구성 요소의 화학적 정보를 제공합니다. Auger 전자는 에너지와 강도의 특성적인 분포를 갖고 있으며, 이를 분석함으로써 물질의 구성 요소와 화학적 상태를 식별할 수 있습니다.

Auger electron 발생에 대한 모식도 [1]

AES의 응용분야

Auger 전자 분석은 표면 분석, 즉 원자나 분자의 표면 상태와 화학적 특성을 조사하는 데 주로 사용됩니다. 이를 통해 표면 오염, 산화 작용, 결합 상태 등을 분석하고, 얇은 코팅 및 다층 구조, 반도체 재료, 촉매 물질 등의 표면 특성을 연구할 수 있습니다. 또한, Auger 전자 분석은 반도체, 재료 과학, 표면 과학, 나노 과학 등 다양한 분야에서 사용되고 있습니다.

은에 대한 AES 분석의 예 [1]

AES (Auger Electron Spectroscopy)의 장점

• 미세한 표면 구조 및 화학적 성질 분석: AES는 표면에 위치한 원자나 분자의 화학적 구성과 산화 상태를 분석하는 데에 탁월한 성능을 발휘합니다. 매우 미세한 표면 영역에서 작동하므로, 표면 오염, 반응 물질의 증착, 결합 상태 등을 상세하게 조사할 수 있습니다.
• 고해상도 및 깊은 분석 범위: AES는 높은 공간 해상도를 가지며, 원자나 분자의 상세한 표면 구조를 분석할 수 있습니다. 또한, 전자 깊이 분석을 통해 표면 아래 몇 나노미터까지의 두께에서도 화학적 성분을 식별할 수 있습니다.
• 다양한 샘플에 적용 가능: AES는 공기 중에 노출되지 않아야 하는 표면을 분석하는 데 효과적입니다. 금속, 반도체, 코팅된 시료, 유기 및 무기물 등 다양한 샘플에 적용할 수 있습니다.

참고

[1] R.E. Read-Hill, Physical metallurgy principles 4th