hu 第3讲 TEM 2

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1、《固体表面物理化学》第3讲电子显微镜04-Aug-211物体与真空或气体所构成的界面称为表面。表面有着内部体相所不具备的特殊的物理化学性质，如催化、腐蚀、氧化、吸附、扩散等，常常首先发生在表面，甚至仅仅发生在表面。相对体相而言，表面本身具有一定的组成和结构，有其特殊性和重要性，往往专门称它为“表面相”。表面分析技术主要提供及方面的信息：表面化学信息，包括元素种类、含量、元素分布化学价态以及化学成键等。可用技术：XPS、AES等表面结构信息，从宏观的表面形貌、物相分布、等到微观的表面原子空间排列等。可用技术：SEM、LEED、SPM等⑶表面原子态：表面原子振动状态，表面吸附(吸

2、附能、吸附位)，表面扩散等；可用技术：EELS等⑷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。技术：UPS、STM等。固体表面分析方法固体表面分析方法利用电子、光子、离子、原子等与固体表面的相互作用，测量从表面散射或发射的具有相应特征的电子、光子、离子、原子、分子的能谱、光谱、空间分布或衍射图像等，得到表面形貌、化学成份、表面电子态及表面物理化学过程等信息的各种技术，统称为表面分析技术。所利用的电子、光子、离子、原子可以称为表面测量中的“探针”。固体表面分析技术获得了迅速发展，这与高真空技术、半导体、计算机以及多相催化、材

3、料科学等多学科的发展相辅相成的；这些技术可以给出固体表面的形貌、组成、化学状态和电子结构等微观结构信息。表面分析技术：表面信号离表面原子层多深的讯号仍然算是表面信号？严格来说，只有来自表面最外层原子的信号才可视为表面讯号。但实际上，从表面2~3层原子取得的讯号可视为表面信号，当信号逸出深度比2~3层原子深，才视为体相讯号。为什么这样定义呢？理由有二：（1）表面最外2层原子的排列方式与较深层原子的排列方式不同，（2）表面最外2层原子的电子结构（与体相的电子结构不同。以GaAs(110)表面为例，最外层的Ga和As原子重组，有弯曲现象，最外第2层Ga和As原子也有微量的弯曲现象。

4、而第三层原子大致与深层原子的排列相同。材料表面的生命期干净的材料表面在1x10-6Torr真空中、1秒钟会吸附一层气体分子。依此可知在1x10-10Torr真空下，材料表面在10000秒钟（约2小时50分钟）后，会吸附一层气体分子。因所有的分析都需在生命期内完成，材料表面的生命期越长越好。举例来说，当真空度只有1x10-9Torr时，其生命期约17分钟，一般取数据的时间都比这久，1x10-9Torr的真空度是不合乎实验需求的。真空度单位 ：通常用托（Torr）为单位1Torr=1mmHg1atm=760Torr理想的表面分析技术（1）对表面的单层原子、分子非常灵敏（2）能鉴定

5、表面的微观形貌与原子结构（3）能分析表面层的元素分布与各元素的化学状态；能区分元素的各种同位素等（4）能鉴定吸附分子的位置、成键方式等（5）适用于金属、半导体、绝缘体、单晶、多晶非晶等各种样品（6）能在化学反应进行中测试等等。现已具有多种分析方式，但各种技术的表面灵敏度并不相同，单一技术只得到表面某一方面的信息。为了对固体表面进行较全面的分析，常采用同时配置几种表面分析技术的多功能装置。表面分析技术及其缩写分析技术缩写探针信息扫描电镜SEM电子表面形貌透射电镜TEM电子表面原子排列低能电子衍射LEED电子表面原子排列电子能量损失谱EELS电子化学成份、元素价态等X射线光电子能

6、谱法XPS光子化学成份、元素价态等一些分析技术及其缩写紫外光电子能谱UPS光子成键信息等扫描隧道显微镜STM原子结构原子力显微镜AFM表面形貌俄歇（Auger)电子能谱AES电子表面化学信息大部分分析仪器要求在真空条件下进行,原因为：（1）保持样品表面非常清洁（以原子水平来衡量），（2）分析中要使用电子、光子、原子等作为探针来撞击样品并产生特定的信号。为了获得正确的表面信息，要防止探针粒子或信号粒子与样品周围环境中的气体分子相碰撞。内容：3.1绪论-电子显微镜的发展简史3.2电子光学基础3.3透射电镜的构造及原理3.4电子显微图像的形成及解释3.5电镜样品制备3透射电子显微分

7、析技术3.1绪论-电子显微镜的发展简史电子显微镜的研制成功，不仅推动了电子光学理论的发展，更带动了凝聚态物理、材料科学、生命科学等领域的大踏步前进。1949年海登莱西（Heidenreich）第一个用透射电镜观察了用电解减薄的铝试样；1956年剑桥大学卡文迪什实验室，利用电镜直接观察到位错层错等以前只能在理论上描述的物理现象;此后20多年晶体缺陷问题一直成为研究热点；1970年日本学者首次用透射电镜直接观察到重金属金的原子近程有序排列，实现了人类直接观察原子的夙愿。1986年，德国的鲁斯卡因为在电子显微