资源描述：
《电子能谱学原理.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第二章电子能谱学原理一、原子能级及其表示二、原子的激发和弛豫效应三、结合能与化学位移四、终态效应1、原子壳层和电子能级轨道l我们知道物质是由原子、分子组成的，而原子又是由原子核和围绕原子核作轨道运动的电子组成的。电子的其轨道中运动的能量是不连续的、量子化的。电子在原子中的能量和状态常用量子数来进行描述。l主量子数n=1,2,3,4,……可用字母符号K,L,M,N等表示，以标记原子的主壳层，它是能量的主要因素。角量子数l=0,1,2,3,…,(n-1)，通常用s,p,d,f等符号表示，它决定能量的次要因素。总角量子数j，j=
2、l±
3、s
4、，s为电子自旋量子数，s=1/2。一个电子所处原子中的能级可以用n,l,j三个量子数来标记(nlj)。如2p3/2,3d5/2l电子能谱测量的是材料表面出射的电子能量，所以必需要有一些规范来描述所涉及到的每一个轨道跃迁电子。XPS中所用的符号表示与AES中的不同，XPS用所谓的光谱学符号标记，而AES中俄歇电子则用X射线符号标记。表2-1：量子数、光谱学符号和X射线符号间的关系量子数电子能级nljX射线符号光谱学符号4f7/2N7101/2K1s4f5/2N61/24d5/2N5201/2L2s4d3/2N411/24p3/
5、2N311/2L2p21/24p1/2N23/2L2p4s1/2N133/2301/2M3s3d5/2M511/23d3/2M411/2M23p1/23p3/2M33/2M3p3p1/2M233/23s1/2M123/2M3d43/22p3/2L35/2M53d5/22p1/2L22s1/2L1401/2N4s11/21s1/2K11/2N4p21/2电子能级符号X射线能级符号3/2N4p33/223/2N4d各状态电子数和相应的能级符号43/25/2N4d55/235/2N4f65/27/2N4f77/2501/2O5s11/
6、2二、原子的激发和弛豫效应l要研究表面就必须依靠实际测量来获取表面信息。表面分析技术一般是通过微观粒子（光子、电子、离子、中性原子等）与表面的相互作用来获取表面信息的。少数方法可不用入射的探测粒子，如STM以表面原子发射的隧道电子为探针，能直接分析短程表面原子结构，还可取得局域表面势的信息。l当具有某一能量的粒子(探针如光子、电子、离子等)入射到物质表面上以后，就会与物质中的分子或原子发生相互作用，测量从物质中产生的不同粒子(它携带着表面物质的信息)，就可推知物质的许多物理和化学性质。1.电离过程l电离过程——一次过程(Prim
7、aryprocess)任何有足够能量的辐射或粒子，当与样品原子、分子或固体碰撞时，原则上都能引起电离或激发。电离过程是电子能谱学和表面分析技术中的主要过程之一。1.1光电离¾光电效应:•1887年赫芝(Hertz)首先发现了光电效应，1905年爱因斯坦应用普朗克的能量量子化概念正确解释了此一现象，给出了这一过程的能量关系方程描述。由此贡献爱因斯坦获得了1921年的诺贝尔物理奖。•直接电离是个一步过程。A+hn¾®A+*+e-(分立能量)•光电离有别于光吸收或发射的共振跃迁。超过电离的阈值能量的光子能够引起电离过程，过量的能量将传
8、给电子，以动能的形式出现。•虽然光电离过程也是一个电子跃迁过程，但它有别于一般电子的吸收和发射过程，它不需遵守一定的选择定则，任何轨道上的电子都可以被电离。电离截面l电离过程中产生的光电子强度与整个过程发生的几率有关，后者常称为电离截面s。一个原子亚壳层的总截面s与电子的主量子数n和角量子数l有关。当n一定时，随l值nl增大，s亦增大；当l一定时，随n值增大，s值变小。n,ln,ll对于电离截面s：①由于光电子发射必须由原子的反冲来支持，所以同一原子中轨道半径愈小的壳层s愈大；②轨道电子结合能与入射光能量愈接近，电离截面s愈大，
9、这是因为入射光总是激发尽可能深能级中的电子；③对于同一壳层，原子序数愈大的元素，电离截面s愈大。光电离过程EjectedPhotoelectronIncidentX-rayFreeElectronConductionBandLevelFermiLevelValenceBand2pL2,L32sL11sK1.2、光电效应l原子中的电子被束缚在不同的量子化能级上。l原子吸收一个能量为hn的光子后可引起有n个电子的系统的激发，从初态-能量Ei(n)跃迁到终态离子-能量Ef(n-1,k)，再发射出一动能为E的K自由光电子，k标志电子发射
10、的能级。l只要光子能量足够大(hn>E)，就可发生光电离过程BM+hn¾®M+*+e-l由能量守衡:Ei(n)+hn=Ef(n-1,k)+EKfiE=hn-éùE(n--1,k)En()Këûtottot或E=hn-EKB此即爱因斯坦光电发射定律。fi其中结合能
