俄歇电子能谱(AES).ppt

1.2.2、非弹性平均自由程的估算 M.P.Seah和W.A.Dench(1979)综合了大量实测数据，总结出以下经验公式： 对纯元素： 对无机化合物： 对有机化合物： 式中：电子能量 E 的单位是eV；体密度?的单位为[kg m-3]；平均单层厚度 [nm] 。 l值有多大 (nm)? 对元素硅 lm=0.41(aE)0.5 = 8单层 ln = 2.2nm 对氧化硅 lm=0.72(aE)0.5 = 13单层 ln = 3.3nm 两种情形下l为几个nm的量级 大多数l在1~3.5nm范围(Al Ka) 1.3、表面科学与表面分析技术 表面是固体与其它相的直接界面。通常表面被认为是固体最外表的1?10个原子单层(0.5?3nm)的范围。 所有固体材料都通过其表面与所处的环境发生相互作用。材料表面的组成和性质将决定表面的性质。固体的表面 性质极大地影响材料的固体性质，及其在预期功能中的行为表现。所以彻底了解材料的表面性质和行为是十分重要的。 由于表面所具有的特殊性质和表面问题与基础理论和工程技术的密切关系，使得近年来对表面问题研究异常活跃。表面科学虽然诞生的历史不长，但它被认为是当今发展最快，与技术关系最密切的一门前沿科学，它涉及物理学、化学、生物技术、材料科学等许多领域。 表面科学研究表面和表面有关的宏观和微观过程，从原子水平来认识和说明表面原子的化学、几何排列、运动状态、电子态等性质及其与表面宏观性质的联系。 表面发生的过程对从半导体技术到异相催化等各个领域具有极大的实用性和重要意义。对固体表面相关的问题的研究逐渐成为基础科学研究的前沿。 表面分析的主要内容 表面化学组成：表面元素组成，表面元素的分布，表面元素的化学态，表面化学键，化学反应等；实验技术：XPS、AES、SIMS、ISS 表面原子结构：表面层原子的几何配置，确定原子间的精确位置。表面弛豫，表面再构，表面缺陷，表面形貌；技术：LEED、RHEED、EXAFS、SPM、FIM 表面原子态：表面原子振动状态，表面吸附(吸附能、吸附位)，表面扩散等；实验技术：EELS、RAIRS 表面电子态：表面电荷密度分布及能量分布(DOS)，表面能级性质，表面态密度分布，价带结构，功函数、表面的元激发。实验技术：UPS、ARPES、STM 常用表面成分分析技术 XPS、AES和SIMS是目前广泛使用的三种表面分析技术。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。SIMS的最大特色是检测灵敏度非常高，并可分析H和He以及同位素，可作微区、微量分析以及有机化学分析。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。 几种最常用表面成分分析技术比较 性能\技术 XPS AES SIMS ISS 探针粒子 ? e i i 检测粒子 e e i i 可测元素 He He 所有元素 ?He 主要信息 元素、化学键 元素 元素、同位素 元素 辅助信息 深度分布价带结构 成像、化学键深度分布 成像、化合物深度分布 同位素结构飞行质谱 检测灵敏度 5?10-2?10-3 5?10-2?10-3 10-4?10-8 10-2?10-3 定量分析 Easy/accuracy 好 一般  差  差 化学态分析 好 一般 不能 不能 谱峰分辨率 好 好 优 差 易于识谱 好 好 一般 一般 探测深度 (0.5-2nm) (?1nm) (0.2-0.5nm) (0.2-0.3nm) 空间分辨率 (~20?), 3? 20nm 50nm 0.1mm 无损检测 优 好 差 差 数据完整性 好 一般 差 一般 主要应用范围 金属、半导体陶瓷、有机物 金属、半导体 金属、半导体陶瓷、有机物 金属、半导体 二次离子质谱（SIMS） 优点：⑴ 对某些元素极其表面灵敏(10-6单层)；在静态模式下探测深度限制在最顶单层。⑵ 可测所有元素，包括H和同位素识别。⑶ 较好的横向分辨(1?m)。⑷ 在动态模式下同时深度剖析。⑸ 在动态模式下具有探测搀杂级浓度的充分的灵敏度动态范围的唯一技术。⑹ Cluster相对强度的有限化学信息。 缺点：⑴ 内禀的结构破坏性。⑵ SIMS过程内禀的复杂性并未很好理解。主要问题是SIMS离子强度随化学和物理环境的变化有大量的可变性因素，这使得定量分析困难。 + + - 离子散射谱（ISS） 优点：⑴ 单个二体碰撞相互作用，因此探测深度局限在最顶单层。10-2～10-3单层灵敏度。⑵ 可测除H以外的所有元素。⑶ 同位素分离。 缺点：⑴ 散射截面和离子中和截面并未很好了解，所以ISS只能在使用标样或用其它技术定标后才能定量。⑵ 不能提