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表面分析篇 本篇主要内容： 1.表面科学与表面分析技术 ； 2.表面分析仪器： 3.俄歇电子能谱 (AES)； 4.X-射线光电子能谱(XPS). 第一章 表面科学与表面分析技术 一．概述 (一)表面科学—— 研究材料表面和近表层原子的物理化学行 为，表面结构和各种应力场等。 1．新兴科学—— 只有近30年历史。 2．前沿科学—— 采用高新技术，理论性强，发展快，研究 对象为当今先进新材料等。 3．边沿科学—— 涉及物理，化学，材料、催化、润滑、防 腐，生物和技术科学等。 4．表面分析是表面科学的实验基础和重要分支 。 （二）界面和表面的概念 1．定义： 物态之间的接触边界叫界面，其中固态 ━气态（或真空）接触边界叫表面。 表面 界面 聚酯基底 磁带剖面图 2．表面科学通常所研究固体表面 ，是固体靠近气体的一个 ∼几个原子层，将介面转化为表面来研究。 3. 表面是固体的终端，表面原子仅受三面束缚，环境有别 于体内；因而呈现不同的化学组成、化学状态、原子排 列、原子振动状态；导致表面具有某种特殊的力学，光 学，电磁等理化特性，进而影响材料和器件的性能。 表面原子 体内 原子 （三）表面与体内的差异 1．成分差异： 由于偏析造成某些元素在表面上相对与体内富集或负富 集，或者表面吸附作用均可造成成分差异。 (1)偏析： a．平衡偏析，由晶体热力学控制； b. 非平衡偏析，为暂态过程，可由淬火、辐照等引起。 (2)吸附:吸附力来源：表面原子悬空键即未饱和电子键 a.化学吸附：外来物质与表面原子间形成化学键； b.物理吸附：外来物质与表面分子间以分子间力结合。 (3) 界面扩散 (4) 其它因素 Si 上生长 TiN/SiO 薄膜的XPS深度断面分析. 2 可以观察到薄膜 TiN SiO 界面化学成分之间 2 Si 基底 的相互扩散. TiN SiO 2 Si 基底 2．结构差异 (1) 重构：表面最外层单原子层的周期性排列不同于体内，但 表层与亚表层的层间距d 和体内的d 相同，即 s b d =d = d a a s b 0 s b as ab d s d b （2）驰豫：表层与亚表层的层间距d 和体内的d s b 不相同，即 d ≠d s b (3)台阶表面——材料微观表面是凹凸不平的。 台阶表面； 台阶处出露不同晶面，不同晶面吸附力不同；台阶 拐弯处外来物质可以受到来自两个表面的作用，易产 生牢固的吸附作用。 位错管： 位错在表面的露头。 位错表面晶体结构混 乱，原子活泼，腐蚀时 往往从该处开始 (俗话:苍蝇不叮无缝