电子能谱精讲.ppt

电子能谱分析 电子能谱学的范畴 电子能谱学(Electron Energy Spectroscopy)是最近三十年发展起来的一门综合性学科。 它是研究原子，分子和固体材料的有力工具。 电子能谱学的定义 电子能谱学可以定义为利用具有一定能量的粒子（光子，电子，粒子）轰击特定的样品，研究从样品中释放出来的电子或离子的能量分布和空间分布，从而了解样品的基本特征的方法。 入射粒子与样品中的原子发生相互作用，经历各种能量转递的物理效应，最后释放出的电子和粒子具有样品中原子的特征信息。 通过对这些信息的解析，可以获得样品中原子的各种信息如含量，化学价态等。 电子能谱学与其它学科的关系 现代电子能谱学已经发展为一门独立的，完整的学科。 但电子能谱学也同样是与多种学科交叉和融合的。 总的来说，电子能谱学融合了物理学，电子学，计算机以及化学。它是这些学科发展的交叉点，涉及到固体物理，真空电子学，物理化学，计算机数据等。 电子能谱学的发展基础 电子能谱学发展的最重要的基础是物理学。物理理论和效应的发展和建立是电子能谱学的理论基础。电子能谱学的基本原理均来源于物理学的重大发现和重要的物理效应。如爱因斯坦的光电效应理论，实际上就是光电子能谱的基本理论。 此外，由于由样品表面发射的电子或离子的信号非常微弱，一般在10－11A的量级，因此，没有前置放大技术，根本不可能获得谱图。此外，分析器的能量分辨率，直接关系到电子能谱的应用，必须具有足够的分辨率，才能在表面分析上应用。微电子技术和计算机技术的发展，大大促进了电子能谱学的发展。 电子能谱学的发展基础 真空技术的发展是电子能谱学发展的重要前提。由于粒子可以和气体分子发生碰撞，从而损失能量。没有超高真空技术的发展，各种粒子很难到达固体样品表面，从固体表面发射出的电子或离子也不能到达检测器，从而难以获得电子能谱的信息。 此外，电子能谱的信息主要来源于样品表面，没有超高真空技术，获得稳定的清洁表面是非常困难的。一个清洁表面暴露在1.33×10－4Pa的真空中1秒，就可以在样品表面吸附一个原子层。没有超高真空，就没有清洁表面，也就不能发展电子能谱技术。 由此可见，物理学是电子能谱学的发展基础，但电子能谱学的应用不仅仅局限于物理学，在化学，材料以及电子等学科方面具有重要的应用前景。 电子能谱学的研究内容 电子能谱学的内容非常广泛，凡是涉及到利用电子，离子能量进行分析的技术，均可归属为电子能谱学的范围。 根据激发离子以及出射离子的性质，可以分为以下几种技术。紫外光电子能谱（Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy，UPS），X射线光电子能谱（X－ray Photoelectron Spectroscopy，XPS）,俄歇电子能谱（Auger Electron Spectroscopy, AES），离子散射谱（Ion Scattering Spectroscopy，ISS），电子能量损失谱（Electron Energy Loss Spectroscopy，EELS）等。 电子能谱学与表面分析的关系 电子能谱学与表面分析有着不可分割的关系。电子能谱学中的主要技术均具有非常灵敏的表面性，是表面分析的主要工具。 而表面分析在微电子器件，催化剂，材料保护，表面改性以及功能薄膜材料等方面具有重要的应用价值。这些领域的发展促进了表面分析技术的发展，同样也就促进了电子能谱学的发展。 电子能谱学的特点是其表面性以及价态关系，这决定了电子能谱在表面分析中的地位。 表2是不同表面分析技术的特点，从中可以认识到，电子能谱在表面分析中所占据的决定地位。 电子能谱学与表面分析的关系 电子能谱学与表面分析的关系 电子能谱学的应用 电子能谱学的应用主要在表面分析和价态分析方面。可以给出表面的化学组成，原子排列，电子状态等信息。 对于XPS和AES还可以对表面元素做出一次全部定性和定量分析，还可以利用其化学位移效应进行元素价态分析；利用离子束的溅射效应可以获得元素沿深度的化学成份分布信息。 此外，利用其高空间分别率，还可以进行微区选点分析，线分布扫描分析以及元素的面分布分析。 这些技术使得电子能谱学在材料科学，物理学，化学，半导体以及环境等方面具有广泛的应用。 电子能谱的发展趋势 电子能谱的总体发展趋势是向高空间分辨，高能量分辨，图像分析方面发展。 目前，最先进的XPS其空间分辨率可达到10微米，最先进的俄歇电子能谱其空间分辨率可达到20nm。 此外，随着纳米技术与薄膜技术的发展，对其深度分辨能率也越来越高。 X射线光电子谱(XPS)X-ray Photoelectron Spectroscopy XPS??引言 X射线光电子谱是重要的表面分析技术之一。它不仅能探测表面的化学组成，而且可以确