《电工电子学》电子与物质的相互作用.pptVIP

* 1924年德布洛依提出了微观粒子具有波粒二象性的假设(1929诺贝尔物理).1922年，物理学家布施利用电子在磁场中的运动与光线在介质中的传播相似的性质，可以实现电子波聚焦，研究成功了电子透镜，为电镜的发明奠定了基础。 当高能入射电子束轰击样品表面时，入射电子束与样品间存在相互作用，有99%以上的入射电子能量转变成样品热能，而余下的约1％的入射电子能量，将从样品中激发出各种有用的信息，主要有： 1)X射线(XR)—由于原子的激发和退激发过程，从样品的原子内部发射出来的具有一定能量的特征X射线，发射深度为0.5-5um范围。为衍射分析(XRD) 的主要手段。 2)二次电子(SE)—从距样品表面l00?左右深度范围内激发出来的低能电子(50 eV),主要特点:a)对样品表面形貌敏感;b)空间分辨率高;c)信号收集率高; 二次电子信息的上述特点使其成为扫描电子显微镜(SEM)成像的主要手段。 3)透射电子(TE)—如果样品足够薄(1um),透过样品的入射电子为透射电子，其能量近似于入射电子能量。主要特点:a)质厚衬度效应(质量或厚度); b)衍射效应(Bragg 方程); c)衍衬效应(位向或结构);上述特点使其成为扫描电子显微镜(TEM)成像的主要手段。 电子+声子+缺陷 电子与物质的相互作用 4)背散射电子(BE)—从距样品表面0.1-1um深度范围内散射回来的入射电子，其能量近似入射电子能量。主要特点:a)对样品物质的原子序数敏感;b)分辨率和信号收集率较低; 5)吸收电子(AE)—残存在样品个的入射电子,用于表面化学成份和表面形貌分析。 6)俄歇电子(AUE)—从距样品表面几?深度范围内发射的并具有特征能量(固定值，随元素不同而异)的二次电子。特点是用于分析轻和超轻元素和表面薄层分析(1nm)。 7)非弹性散射电子—入射电子受到原子核的吸引改变方向的电子。能量损失谱。 原子核(连续波长X射线)和核外电子(二次电子和特征X射线) 8)阴极荧光—入射电子束激发发光材料表面时，从样中激发出来的光子波长大约在可见光到红外光范围之间。 9)感应电动势—对半导体物质，入射电子产生的电子-空穴对在外电场作用下,各自运动到一定的区域积累起来,形成净空间电荷而产生电位差，形成附加电动势 10)Cherenkov 辐射 1932-1933年间，德国的Ruska和Knoll 等在柏林制成了第一台电子显微镜(1986诺贝尔奖) ,放大率只有l2倍,表明电子波可以用于显微镜。 1939年德国的西门子公司产生了分辨本领优于100 ?的电子显微镜。 我国从1958年开始制造电子显微镜。现代高性能的透射电子显微镜点分辨本领优于3?，晶格分辨本领达到1-2?，自动化程度相当高。 X射线衍射仪(XRD) 1895年德国物理学家伦琴(W.K.Rontyen)发现X射线----伦琴射线。λ=0.001~10nm的不受外加电磁场影响的电磁波，λ0=1.24/V(nm),反映靶材特征-----靶材原子序数。 德国科学家劳埃(M. Laue )(1914年诺贝尔物理学奖)提出了用晶体作为天然立体光栅用于X射线衍射的想法，1912年劳埃和他的学生W. Friedrich和P. Knipping用CuSO4.5H2O晶体观察到了X射线衍射图，这是世界上第一张X射线衍射图，同时诞生了两门新兴学科：晶体X光结构分析和X光光谱分析。 1913-1914年，英国科学家W. H. Bragg和W. L. Bragg父子 (1915年诺贝尔物理学奖) 确定了X射线晶体结构分析方法 (Bragg equation) 并首次测定了NaCl的晶体结构。 布拉格方程：nλ=2dsinθ n=0,1,2,3…… 称为衍射级数 1）衍射是一种选择反射。 2）入射线的波长决定了结构分析的能力。 ?/2d=sin?≤1，即d≥?/2， 3）衍射花样和晶体结构具有确定的关系。 为了使用方便， 常将布拉格公式改写成。 这样由（hkl）晶面的n级反射，可以看成由面间距为的（HKL）晶面的1级反射，（hkl）与（HKL）面互相平行。面间距为的晶面不一定是晶体中的原子面，而是为了简化布拉格公式而引入的反射面，常将它称为干涉面。从布拉格方程可以看出，在波长一定的情况下，衍射线的方向是晶面间距d的函数。如果将各晶系的d值代入布拉格方程，可得： 立方晶系： 由此可见，布拉格方程可以反映出晶体结构中晶胞大小及形状的变化，但是并未反映出晶胞中原子的品种和位置。 布拉格方程是X射线衍射分布中最重要的基础公式，它形式简单，能够说明衍射的基本关系，所以应用非常广泛。从实验角度可归结为两方面的应用： 一方面是用已知波长的X射线去照射晶体，通过衍射角的测量求得晶体中各晶面的面间距d，这就是结构分析------ X射