电子能谱课件

《电子能谱课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、电子能谱姓名：罗威专业：材料物理与化学学号：2010020689电子能谱电子能谱是近十多年才发展起来的一种研究物质表面的性质和状态的新型物理方法。这里所谓的表面是指固体最外层的1-10个原子的表面层和吸附在它上面的原子，分子，离子或其他覆盖层，它的深度从小于1到几个nm(有时把它放宽到10个nm),或者包括采取剥离技术将表面层沿纵向深度暴露出新的界面。同时，一物质表面与另一物质表面间会产生相互间的物理和化学作用，形成固-固，固-气，固-液间的界面。由于固体表面所处的环境与内部基体有较大的差异，所以表面与界面都形成了不同的物理化学性质，这

2、些特殊的性质对许多科学领域和工程问题具有重大意义。电子能谱是多种表面分析技术集合的总称。电子能谱是通过分析各种冲击粒子(单能光子、电子、离子、原子等)与原子、分子或固体间碰撞后所发射出的电子的能量来测定原子或分子中电子结合能的分析技术。电子能谱包括：X射线光电子能谱，俄歇电子能谱，真空紫外光电子能谱，电子能量损失谱等。X射线光电子能谱：所用激发源(探针)是单色X射线，探测从表面出射的光电子的能量分布。由于X射线的能量较高，所以得到的主要是原子内壳层轨道上电离出来的电子。瑞典Uppsala大学物理研究所KaiSiegbahn教授及其小组在

3、二十世纪五十和六十年代逐步发展完善了这种实验技术，首先发现内壳层电子结合能位移现象，并将它成功应用于化学问题的研究中。X射线光电子能谱不仅能测定表面的组成元素，而且还能给出各元素的化学状态信息。KaiSiegbahn由于其在高分辨光电子能谱方面的杰出贡献荣获了1981年的诺贝尔物理奖。俄歇电子能谱：1923年法国科学家PierreAuger发现：当X射线或者高能电子打到物质上以后，能以一种特殊的物理过程(俄歇过程)释放出二次电子——俄歇电子，其能量只决定于原子中的相关电子能级，而与激发源无关，因而它具有“指纹”特征，可用来鉴定元素种类。

4、六十年代末采用微分法和锁相放大器技术将它发展成为一种实用的分析仪器。到了七十年代，出现了扫描俄歇，性能不断改善。俄歇电子能谱以其优异的空间分辨能力，成为微区分析的有力工具。主要用于对金属、合金和半导体等材料表面进行分析。真空紫外光电子能谱：它以真空紫外光(hν<45eV)作为电离源，发射的光电子来自原子的价壳层。英国伦敦帝国学院DavidTurner于六十年代首先提出并成功应用于气体分子的价电子结构的研究中。真空紫外光电子能谱为研究者们提供了简单直观和广泛地表征分子和固体电子结构的方法，它比以前由光学光谱所建立的分子轨道理论的实验基础深

5、刻的多。主要用于研究固体和气体分子的价电子和能带结构以及表面态情况。角分辨UPS配以同步辐射光源，可实验直接测定能带结构。XPS、AES是目前广泛使用的两种表面分析技术。XPS的最大特色在于能获取丰富的化学信息，对样品表面的损伤最轻微，定量分析较好。、AES的最大特色是空间分辨力非常好，具有很高的微区分析能力，并可进行元素表面分布成像。1.XPS:优点：⑴可测除H、He以外的所有元素，无强矩阵效应。⑵亚单层灵敏度；探测深度1～20单层，依赖材料和实验参数。⑶定量元素分析。⑷优异的化学信息，化学位移和卫星结构与完整的标准化合物数据库的联合

6、使用。⑸分析是非结构破坏的；X射线束损伤通常微不足道。⑹详细的电子结构和某些几何信息。缺点：⑴典型的数据采集与典型的AES相比较慢，部分原因是由于XPS通常采集了更多的细节信息。⑵使用Ar离子溅射作深度剖析时，不容易在实际溅射的同时采集XPS数据。⑶横向分辨率较低，15μ(小面积)，3μ(成像)。2.AES优点：⑴可测除H、He以外的所有元素；当涉及到价能级时矩阵效应大，并且某些电子背散射效应总是存在的。⑵亚单层灵敏度；探测深度1～20单层，依赖材料和实验参数。⑶快速半定量元素分析(精度比XPS低)。可同时Ar离子剖析。⑷可从化学位移、

7、线形等得到某些化学信息，并非常可完全解释。⑸优异的横向分辨率，<20nm。具有很高的微区分析能力，并可进行表面成像。缺点：⑴在许多情况下产生较严重的电子束诱导损伤。⑵化学位移等较难理解，缺乏提供化学信息的广泛数据库。⑶谱峰偶然重叠的机会比XPS大，这使得元素分析更不确定。1.电子能谱的基本原理基本原理就是光电效应能量关系可表示：电子结合能电子动能原子的反冲能量忽略(<0.1eV）得对孤立原子或分子，就是把电子从所在轨道移到真空需的能量，是以真空能级为能量零点的。对固体样品，必须考虑晶体势场和表面势场对光电子的束缚作用，通常选取费米(Fe

8、rmi)能级为的参考点。功函数0k时固体能带中充满电子的最高能级：XPS采用能量为的射线源，能激发内层电子。各种元素内层电子的结合能是有特征性的，因此可以用来鉴别化学元素。AES大都用电子作激发源，因为电子