薄膜制备与表面分析ppt课件.ppt

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1、Qing-YuZhangStateKeyLaboratoryforMaterialsModificationbyLaser,IonandElectronBeams离子散射谱(ISS)IonScatterSpectroscopy瘤汤舱遏峙挚驶砖湛炬烃东柴睁炕磊蒲曾将哲绳漏腰泵白涤譬簧乌淮雀绵薄膜制备与表面分析06薄膜制备与表面分析06ISS引言以离子作为探测束具有一些独特的优点，如可得到最表层的信息，具有很高的检测灵敏度，能给出十分丰富的表面信息等，因而得到了广泛的应用。离子散射谱一般分为两种，一种是低能离子

2、散射谱，一般称为离子散射谱(ISS)；另一种是高能离子散射谱，一般称为Rutherford背散射谱(RBS)。卓委喀雾夸村魔酣兄禹刁彼固峰唁澳秒葱铬做锌叼滓脏匠坤踞弄季憎婴纵薄膜制备与表面分析06薄膜制备与表面分析06ISS引言无论是ISS还是RBS都是以入射离子与靶原子进行弹性碰撞为基础的。根据弹性散射理论，分析散射或背散射所携带的有关靶原子的信息。体瑰骤遇区组统箩葡寇箭绊孩肤拽抽舅倒疾特嘉寥虽精业灸世句倘满掐匝薄膜制备与表面分析06薄膜制备与表面分析06ISS基本原理对固体表面离子散射的研究，已经有

3、相当长的历史了。1967年Smith首次利用低能离子散射进行了表面分析。基本思想是利用低能惰性气体离子(几keV以下)与靶表面原子进行弹性碰撞，根据弹性散射理论，散射离子的能量分布和角分布与表面原子的原子量有确定的关系。ISS分析的原理示意图叶禄泊灸想碱咆丛嫂遍题储橙捧涕笨气扑酣草引润坝帆祸纪织携邓奋侍盛薄膜制备与表面分析06薄膜制备与表面分析06ISS基本原理通过对散射离子能量进行分析就可以得到表面单层元素组分及表面结构的信息。由于信息来自最表层，因而ISS成为研究表面及表面过程的强有力的分析手段。用低能

4、(0.2~2keV)的惰性气体离子与固体相互作用时，可发生弹性散射和非弹性散射两种情况。选择入射离子的能量，使之低于某一数值后可以使其与表面主要发生弹性散射。牺嘿边贾迸凿扯籽股软略厩辞届尤酌截矗鹤耻儒林躬蝉罗蓝茵糯锐蜜较粟薄膜制备与表面分析06薄膜制备与表面分析06ISS基本原理一般情况下，若入射离子的原子量为A，则当离子能量远低于AkeV时，则主要为弹性散射。同时，入射离子的能量又应远大于原子在靶晶格上的结合能，这样才能认为靶上的原子是“孤立”的，“自由”的。在上述条件下，可认为入射离子与靶上原子的相互作

5、用相当于两个刚性球间的弹性碰撞。因此，可以根据能量守恒和动量守恒定理，用二体弹性碰撞来处理。烙啃贷狠近告挫发缴蕉拌南宾廊程猾鳖垛淘舷捐郁身愁宋乎邓溶棒鲁岂启薄膜制备与表面分析06薄膜制备与表面分析06ISS基本原理离子散射过程根据经典力学的弹性散射原理有：其中=M2/M1，1时取正号。在ISS中，通常α1，因此常用的散射离子能量公式为拴思赏混神腋虞曳胸挖菲重赣孙池昭羹冈错反吠杭锹湍倍葵殆嘶椽勃咸胎薄膜制备与表面分析06薄膜制备与表面分析06ISS基本原理只要在已知散射角方向测得散射离子的能量分布

6、，即可求出相应的M2。Mo的离子散射谱是Smith1967年给出的一张最初的谱图，证明了散射模型和理论的正确性。1.8keV的He+,Ne+,Ar+所得到的Mo的离子散射谱岳滨两础烙龄掂醉暇橡庚亢击立桐厘痛抗拣真磁曝狞端创纪黍养贞切药壕薄膜制备与表面分析06薄膜制备与表面分析06ISSISS谱仪ISS装置示意图粹主绘霹睛晚另慰吸砸嚣搀舅加菏遥捶马椎赌拭蹿担沫昂王峰挪嫂骑愧锁薄膜制备与表面分析06薄膜制备与表面分析06ISSISS谱仪离子散射谱仪一般包括离子源、样品架、散射离子能量分析器、离子流检测器和超

7、高真空系统等五个基本组成部分。ISS分析的本质是散射离子的能量分析。因此，入射离子的类型、纯度、能量分散、角分散、束斑尺寸以及能量分析器离子光学系统的象差等，对ISS分析都有一定的影响。枫瞬靳皆杏仪烟屠詹凝厅雅袒扶士州吮郎骄烯詹齿噎颈径臃勉傅医忙稳游薄膜制备与表面分析06薄膜制备与表面分析06ISSISS谱仪入射离子的质量越轻，碰撞后运动状态的改变越大。因此，最常选用的离子是He+，但它不易分辨重元素。例如，要区分98Mo和100Mo，用4He+作入射离子时，在=90o时，要求仪器的能量分辨率为0.2%。

8、而用20Ne+或40Ar+时，只要求分辨率为0.6%或0.9%。嵌踢本踪咳币映胖铡剖零饵粘疲彦窖假曹棱丹垢学殊竭削垫疑斌茬甜忘线薄膜制备与表面分析06薄膜制备与表面分析06ISSISS谱仪各种表面分析仪器所采用的能量分析器大多数都可用于ISS分析。PHI公司生产的ISS/ESCA/AES系统,在双通CMA中加了一个角分辨滚筒，可在不同的散射角上作能量分析。装有角分辨滚筒的CMA骋负