第五章 光电子能谱与俄歇电子能谱

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1、课程名称：材料分析基础推荐教材：材料现代分析测试方法王富耻北京理工大学出版社，2006年主第一章X射线衍射分析原理第二章X射线多晶衍射方法及应用要第三章透射电子显微镜内第四章扫描电子显微镜与电子探针容第五章光电子能谱与俄歇电子能谱授课老师：王志红，李晶泽电子科技大学微电子与固体电子学院第五章光电子能谱与俄歇电子能谱第五章光电子能谱与俄歇电子能谱PhotoelectronSpectroscopy＆AugerElectronSpectroscopy5.1光电子能谱的基本原理5.2光电子能谱实验技术5.3光电子能谱的应用5.4紫外光电子能谱的应用5.5俄歇电子能谱分析李晶泽电子科技大学微电子与固

2、体电子学院5.1光电子能谱的基本原理回顾回顾♣前面章节的内容：•X射线衍射：波的特性☺（X射线/紫外）光电子能谱：粒子的特性（光子）光（X射线/紫外光）→（光）电子•电子显微镜/电子衍射：电子的物质波特性•电子探针：电子的粒子特性电子→特征X射线（光子）•新探针或者测试方法的特点：♣光子的静止质量最小,0。→对样品表面的破坏或者干扰最小♣光子是中性→极大的减少样品表面的带电问题♣光电子能谱不仅能分辨元素种类，而且可以测定元素价态或者表征微化学环境的变化。问题:电子束所激励的X射线谱是否可以辨别价态的变化？11、光电效应、光电效应PhotoelectriceffectPhotoelectri

3、ceffect♣EinsteinEquationIncidentlightE=hν-E-(-w+r)kBeWindowVacuum•E是光电子能量（动能）chamberk•hν是入射光子能量•EB是电子的结合能Photoelectron•-w表示样品的逸出功•r是光电子的反冲能（可以忽略）e♣样品侧的变化相当于发生光致电离：M+hν=M+*+e-M代表分子或原子，M+*代表激发态的分子或离子。22、、EinsteinEquationEinsteinEquation的物理意义及应用的物理意义及应用♣EinsteinEquationE=hν-E-(-w)♠光电子能谱的示意图kB固定固定N(E)

4、/光电子数（自由）光电子能量/动能Ek1s真空能级EvE-wB2sFemi能级EEEB1sB2pFEhνB2pE2pB2sEB1s结合能增加2s1sE=hν-E-(-w)k1sB1s33、两种光电子能谱：从光源区分（、两种光电子能谱：从光源区分（11））(1)X射线光电子能谱出射电子♣X光源特点：入射电子•能量范围:0.1KeV~10KeV•自然线宽/半高峰线宽：窄→单色性LKKα•AlKα=1486.6eV，0.85eV•MgKα=1253.6eV，0.7eV散射电子♠X射线光电子能谱的特点：同时激发内壳层电子和外层价电子，又被称为化学分析电子能谱（ElectronSpectroscop

5、yChemicalAnalysis,ESCA）。电离内EE电离价壳层电E电子产K子产生生连续N(E)hνhν分立的N(E)-w的能谱-w能谱峰n(E)EEEV带FF33、两种光电子能谱：从光源区分（、两种光电子能谱：从光源区分（22））(2)紫外光电子能谱(UltrovioletPhotoelectronSpectroscopy,UPS)紫外光源能量/eV波长/nmHeII40.830.38HeI21.2258.43NeI16.8573.5916.6774.37ArI11.83104.8211.62106.67H(Lyα)10.20121.57能量：<41eV价电子自然线宽：几个meVUP

6、S最高分辨率达5meV♠应用：测量固体价电子和价带分布气体分子与固体表面的吸附化合物的化学键真空紫外灯的结构44、样品、样品//靶样的种类靶样的种类•固体样品：样品不升华，不分解→高的真空度和可重复性；•气体样品：差分抽气法使腔内维持中等压强（0.1–100Pa）；•液体样品：只能蒸发后进行测量。55、光电子能谱仪：构成、光电子能谱仪：构成•由激发源、样品电离室、电子能量分析器、信号放大检测器、真空系统和数据处理系统等6个部分组成。超高真空<10-7Pa磁屏蔽静电式偏转型光源55、光电子能谱仪：主要工作原理、光电子能谱仪：主要工作原理∵X射线不容易偏转和聚焦，只能利用光阑来缩小其光斑尺寸。

7、孔小→光强弱→光电子数量太少⇒需要高的检测灵敏度∴X射线照射样品较大的面积•电子能量分析器：•半球静电式偏转型类似于电子回旋加速器/质谱仪E3VbE2E1Va1）两个同心半球计探出口狭缝入口狭缝2）V=V-V>0fab数测器器E>E>E32166、、XX射线光电子能谱的特点射线光电子能谱的特点•分析技术的特点1）是一种非破坏性分析技术；2）不用对样品作化学预处理，原则上可以分析除氢以外的所有元素；3）分析深度对金属和氧化