[精品]表面分析技术

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1、表面分析技术表面分析技术surfaceanalysistechniques利用电子、光子、离子、原子、强电场、热能等与固体表而的相互作用，测量从表面散射或发射的电子、光子、离子、原子、分子的能谱、光谱、质谱、空间分布或衍射图像，得到表面成分、农面结构、表面电子态及表面物理化学过程等信息的各种技术，统称为表面分析技术⑴。在20世纪60年代超高真空和高分辨高灵敏电子测量技术建立和发展的基础上，已开发了数十种衣面分析技术，其中主要有场致发射显微技术、电子能谱、电子衍射、离子质谱、离子和原子散射以及各种脱附谱等类。70年代后期建立的同步辐射装置，能提供能量从红外到硬X射线区域内连续可调的偏振度

2、高和单色性好的强辐射源，乂人人增强了光（致）发射电子能谱用于研究固体表面电子态的能力，开发了光电子衍射和表面X射线吸收边精细结构。此外，电子顺磁共振、红外反射、增强喇曼散射、穆斯堡尔谱学、非弹性电子隧道谱、椭圆偏振等，也用于某些表面分析场合，一些主要的表面分析技术的物理过程和特点如下表所示。screen.width-300）this.width=screen.width-300"border=0>各种技术的表面灵敏度并不相同，单一技术只得到表面某一方面的信息。为了对固体表面进行较全面的分析，常采用同时配置儿种表面分析技术的多功能装置。目前,各种表面分析技术的定量化尚待逐步完善。常见的表

3、面分析技术有以下9种：低能电/衍射（LEED）将能量在10〜500电子伏范围内的低能电子束入射到待研究表面，这种低能电子的徳布罗意波长（见波粒二象性）与表面原子的间距有相似数量级，表面的点阵结构对入射电子束能产牛衍射作用。由于入射电子能量低，只有表面层内的原子才对入射电子起散射作用，而且散射截面很人。用荧光屏观察背向衍射束斑的分布，可得有关表面原胞的几何信息。另一方面，对任一衍射束，其束斑强度随电子束的能量（或电子波长）而变，这种变化关系可用l・V曲线表示出来（I为表征衍射束强度的电流，V为入射电子束的加速电压），该曲线称为低能电子衍射谱。LEED谱与表面原子的种类及其空间结构有关。L

4、EED-直是最为有效的表面结构分析手段。反射高能电子衍射（RHEED）用高能电子束（10千电子伏量级）向待研究表而掠入射，在其反射方向探测和分析衍射束，从而得到关于表而结构的儿何信息。俄歇电子谱（AES）以能量约为数千电子伏的电子束入射到品体表而，把处于原子K壳层（见原子壳层结构）上的电子电离并留下一个空位。L壳层上的电子向下跃迁填补这个空位，同吋释放出多余能量。这个跃迁过程可能是无辐射跃迁，所释放出的能量使壳层L2,3上的电了激发成自由态，这种二次电子称为俄/电了（见图）。上述过程称为俄歇过程，由法国物理学家P.・V.俄/于1925年发现。俄歇电了数按能量的统计分布称俄歇电了谱，每种

5、元素冇各自的特征俄歇电子谱，故可用来决定化学成分。俄歇电子谱常被用来分析和鉴定固体表面的吸附层、杂质偏析及催化机制研究等。图片光电子能谱（XPS或UPS）用X射线或紫外线入射到固体表而，表而原子的内层电子吸收入射光子的能量后逸出表而成为自山电子，这实际上是一种光电效应。光电子可來源于原子的不同壳层，其动能包含了原子内层电子所处能量状态的信息。光电子数按其动能的统计分布称光电子能谱，它携带了原子内有关电子状态的丰富信息。利用光电子能谱可判别表而原子的种类和决定表而电子态。根据入射光子的波长对分为X射线光电子能谱（XPS）和紫外线光电了能谱（UPS）两类。自同步辐射源出现后，光电了能谱分析

6、法更得到了迅速发展。岀现电势谱（APS）以一定能量的电了束入射到固体表血，入射电了使原了的内层电子激发而出现空位，测量产生空位所需的最低能量（对应入射电子的最低加速电势）。空位的产生可通过填补这个空位所涉及的俄歇过程或发射软X射线过程来探测，前者称俄歇出现电势谱，后者称软X射线出现电势谱。俄歇电子或软X光子的能量与原子的壳层结构有关，并因元素而界，故利用出现电势谱町鉴别原子种类。能量损失谱（ELS）以数百电子伏的电子束入射到表而，由于入射电子与表层内各种元激发（见固体物理学）的相互作用而引起能量损失，这种能量损失携带了各类元激发的有关信息。利用能量损失谱可获得关于表面原子振动模式、等离

7、子振荡、能带间跃迁等多方而的信息。离了屮和谱（INS）当正离了接近固体表而时，固体内的电了可借助于隧道效应穿越表而势垒跃入正离了的空电了态而使正离了屮和。此过程所禅放的能疑可将固体中其他电子激发到口由空间。分析这些发射出来的电子的能量分布可了解表而电子态的分布，以及确定由于吸附外来原子而引起的表面电子态的变化等。隧道效应只发生在表而的单原子层，故INS是各种谱代中取样深度最浅的一种。二次离子谱（SINS）以能量为103电子伏的惰性气体离子轰击表