表面分析技术.ppt

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1、表面分析技术原理和仪器表面分析的特点表面是固体的终端，表面向外一侧没有近邻原子，表面原子有部分化学键伸向空间，形成“悬空键”。因此表面具有与体相不同的较活跃的化学性质。表面指物体与真空或气体的界面。表面分析通常研究的是固体表面。表面有时指表面的单原子层，有时指上面的几个原子，有时指厚度达微米级的表面层。是用一个探束(光子或原子、电子、离子等)或探针(机械加电场)去探测样品表面并在两者相互作用时，从样品表面发射及散射电子、离子、中性粒子(原子或分子)与光子等，检测这些微粒(电子、离子、光子或中性粒子等)的能量、质荷比、束流强度等，就可以得到样品表面的

2、形貌、原子结构(即排列)、化学组成、价态和电子态(即电子结构)等信息。表面分析技术的特点表面“形貌”分析指“宏观”几何外形分析。主要应用电子、离子显微镜进行观察分析，当显微镜的分辨率达到原子级时，可观察到原子排列，这时“形貌”分析和结构分析之间就没有明确的分界。扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscope，SEM）离子诱导扫描电子显微镜(IonInducedScanningEletronMicroscope，IISEM）场离子显微镜(FieldIonMicroscope，FIM）扫描隧道显微镜(ScanningTunnell

3、ingMicroscope，STM)原子力显微镜(AtomForceMicroscope，AFM)表面组分分析包括表面元素组成、化学态及其在表层的分布测定等。后者涉及元素在表面的横向和纵向(深度)分布。主要应用：X射线光电子能谱(X－rayPhotoelectronSpectroscopy，XPS或ElectronSpectroscopeforChemicalAnalysis，ESCA）俄歇电子能谱(AugerElectronSpectroscopy，AES)电子探针(ElectronMicropobe，EMP)二次离子质谱(SecondlonMa

4、ssSpectronmetry，SIMS)离子散射谱(IonScatteringSpectroscopy，ISS)表面结构分析研究表面原子排列。低能电子衍射(LowEnergyElectronDiffration，LEED)光电子衍射(X－rayPhotoelectronDiffraction，XPD)表面扩展能量损失精细结构(SurfaceExtendedEnergyLossFineStructure，SEELFS)表面扩展X射线吸收精细结构(SurfaceExtendedX－rayAbsorptionFineStructure，SEXAFS)扫

5、描隧道显微镜(ScanningTunnelingMicroscope，STM)原子力显微镜(AtomForceMicroscope，AFM)表面电子态分析包括表面能级性质、表面态密度分布、表面电荷分布及能量分布等。主要有:紫外光电子谱(UltravioletPhotoelectronSpectroscopy，UPS电子能量损失谱(ElectronEnergyLossSpectroscopy，EELS）角分解X射线光电子能谱(Angle-Re-solvedX-rayPhtoelectronSpectroscopy，ARXPS）扫描隧道显微镜(Scan

6、ningTunnellingMicroscope，STM)原子力显微镜(AtomForceMicroscope，AFM)表面分析技术和仪器简介表面分析技术中涉及到微观粒子(电子、离子、光子、中性原子、分子等)的运动和检测。所以这类仪器必须具有高真空(≤l0－4Pa)。为了防止样品表面被周围气氛污染，有时还必须有超高真空(UHV，≤10－7Pa)。由于表面分析中只涉及样品非常浅薄的表层，所检测的信号非常弱。表面分析技术是通过微观粒子与材料表面的相互作用而获取信息的。因此涉及较深的物理知识(电离、散射等)。◆◆◆表面分析仪器是建立在超高真空、电子－离子

7、光学、微弱信号检测、精密机械加工以及电子计算机等技术基础上的，是综合性较强的仪器。任何一种表面分折技术都有它的长处，也有它的短处。因此综合应用不同的分析技术以得到相互补充、完善的分析结果常被采用。因而出现了多功能表面分析仪器(如XPS-AES-UPS；AES-SIMS；XPS-AES-ISS-SIMS等)。◆◆基本上性能完善的表面分析仪器至少由6部分构成：激发源(产生光子、电子、离子或针尖与电场)；样品架与分析室(对样品进行各种预处理，如加热、制冷、蒸镀、吸附以及与激发源发生相互作用)；分析器(各种能量、质量或电场分析器)检测器(电子、离子计数或电

8、流强度等检测)计算机控制系统处在超高真空系统中数据处理系统X射线光电子谱(XPS)仪器结构XPS需要用软X射线辐照样品，并