中科院固体表面物理化学笔记_——Jeveels.docx

1. Introduction 表界面的分类：气-液；气-固；液-液；液-固；固-固 表面浓度 分散度 表面形貌非均匀性 原因：由于固体表面原子的组成、排列、振动状态和体相原子的不同，由于悬挂键导致的化学性质活泼，以及周期性的势场中断导致的表面电子状态差异，固体表面形成很多导致表面形貌非均匀性的元素。 位错密度 表面粗糙度： 原矢 米勒指数（miller index） 晶面间距dhkl 晶体类型：体心立方，面心立方，简单立法表面原子最近邻数100110111Fcc879Bcc464Sc543 Wood记号和矩阵表示 表面自由能 减小表面能的方法 表面原子重排机理1：表面弛豫作用2：表面相转变3：吸附对纯净底物表面结构的影响层间距的变化；重组的表面结构的变化；吸附原子可以诱导表面重组 内外表面内表面：多孔或多层材料，孔内或层间的表面比表面积：单位质量材料的表面积；用BET方法测量2. 固体表面性质简介l 固体表面的性质结构特征：不同的位置有不同的性质表面运动：气体分子表面撞击速度R=P/2mkT1/2；表面扩散系数（爱因斯坦方程）：D=x2/2t外延生长原子的运动流程：a沉积/吸附在平台上-deposition；b沉积在原子岛上；c平台上扩散-diffusion；d脱附-desorption；e成核-nucleation；f交互扩散-interdifusion；g粘附在平台上-attachment；h从平台上脱离-detachment；i：粘附在台阶上化学性质：表面浓度依赖于气体分子撞击速度Rl 相界面（Gibbs界面）l 表面热力学函数其他类推：S，G，Gsl 比表面自由能与温度的关系Gs=; GsTV=TV=-Ss; Van der Waals and Guggenheim Equation: =01-T/TcnWhere: Tc为临界温度；0为0K的表面张力；l 固体表面能的理论估算l 金属表面张力估算；l 偏析作用来自晶体或固溶体中的杂质或溶质在界面聚集的现象表面偏析公式：x2sx1s=x2bx1bexp-HsegRTl 正规溶液（混合热不为零，混合熵与理想溶液混和熵相同的溶液，又称为正规溶液）参数=NavogadrozU12-U11-U2220,平均相互吸引：不同原子相同原子, Segregation; 0, 平均相互吸引：不同原子相同原子, orderingl 扩散扩散：由热运动引起杂质原子、基质原子或缺陷输运的过程原因：原子或离子分布不均匀，存在浓度梯度，产生定向扩散扩散机理：间隙扩散，空位扩散，环形扩散l 表面扩散靠吸附原子或平台空位的运动实现。一维随机行走理论：表面原子通过扩散进行迁移，原子运动方向移动，每次跳跃距离等长d，将原子加以标记，温度T下，净距离为x，有Einstein方程x2=2DtD=D0exp-EaRT l 吸附的基本过程1：反应物扩散到活性表面；2一个或者多个反应物吸附在表面上；3表面反应；4产品从表面脱附；5产品从表面扩散出去l 吸附动力学Rads=kpx; 其中x为动力学级数；p为分压Rads=Aexp-EaRT*Px; Ea活化能Rads=S*F; F=P/2mkT1/2; S=fexp-EaRT;S粘着几率； F入射分子流；f表面覆盖率函数l 吸附方式物理吸附：Van der Waals Force；电荷密度轻度分布化学吸附：化学键，电子密度重排，完全离子键，完全共价键l 几种元素的化学吸附氢气（H2）：没有与基地原子相互作用的电子；分子-氢过渡金属复合物氢原子（H）：氢原子与基地原子独立相互作用卤素（F2, Cl2, Br2, etc）：以离解的方式给出卤素原子的吸附；与金属形成强的离子键氧气（O2）：在金属表面以分子形式吸附，氧分子作为给体，金属作为受体氧原子（O）：占据最高有效配体位置；强的相互作用导致表面的扭曲或者重组！离解氧吸附是不可逆过程；加热可以导致化合物的扩散或者形成氮气（N2）：低强度M-N键，很难破坏的NN三键一氧化碳（CO）：活化表面：解离，分别形成氧化物碳氧化合物； d区金属：弱的M-CO分子键，加热脱附；过渡金属：对温度表面结构敏感氨气（NH3）：不饱和碳氢化合物：l 化学吸附气体的排列规则1：紧密堆积：尽可能形成最小单胞2：转动对称性与基地相同3：类似体相单胞矢量：单层（基地）；多层（本体）l 化学吸附层表面结构分类：1：在顶上化学吸附：停留在表面，不扩散到体相内部2：共吸附表面结构：吸附强度相近的两种气体同时吸附3：重组的表面结构：表面原子重排，是体相的化学反应的前驱4：无定形表面结构：有序结构的形成扩散过程5：三维结构：扩散到体相内部表面吸附l 脱附过程1：气相产物或者其他表面物质的分解；2：表面化合物反应后者扩散；3：脱附到气相中l 脱附动力学Rdes=kNx; 其中x为动力学级数(单分子或者原子脱附x=1；联合分子脱附x=2)；N为吸附物种表面浓度；k脱附速率常数kdes=Aexp-EadesRT; Eades活化能Rdes=-dNdt=Nxexp-EadesRT; A:attempt frequencyl 表面滞留时间M(ads)M(d) 平均时间：=1/k1=0exp-EadesRT; 0：表面键吸附质-吸附基地振动周期，0=1/l 表面态表面局部的电子能级表面上附着电荷表明表面上存在着电子局限于表面的量子态。表面态有两种：一是固有的，二是外来物类或表面缺陷引起的l 固有表面态量子力学证明一个固体，即使是纯净的完整的晶体，在其表面上仅仅因为体相周期性被破坏，就将导致表面局部能级的出现。分为Shockley态Tamm态l 表面空间电荷效应双电层：正负电荷分开平行板电容器簡単定律：s=Qx00; Q净表面正电荷密度；：介电常数；0真空绝对介电常数空间电荷双电层：Schottky模型（假定靠近表面的空间电荷是不动的，并且在整个空间电荷区与距离无关）l 强氧化还原物类吸附引起的空间电荷效应积累层：强还原剂吸附在n型半导体上或者强氧化剂吸附在p型半导体上，基体内主要载流子由吸附剂注入使之在表面空间电荷层内累积反型层：强氧化剂吸附在n型半导体上或者强还原剂吸附在p型半导体上，基体内主要载流子注入吸附剂中，在表面空间电荷层出现基体相反的导电性。l 能带弯曲3. 现代表面分析技术概况及应用 表面检测几何结构的检测：原子重排，吸附位置，键角，键长化学成份的检测：元素及其深度理化性能的检测：氧化态，化学、电子及机械性能 测量技术要求1：区分表面和体相，表面灵敏的；2：灵敏度非常高；3测量无污染表面，超真空；4必须有信号载体；5：样品表面可控 信号载体的探针包括：电子，离子，光子，中性粒子，热，电场，磁场 电子与固体表面的相互作用：弹性散射-电子本身不损失能量（LEED）；非弹性散射-振动吸收，价带越前，可获得表面原子振动结构或电子结构信息（Auge电子）注入，衍射轰击样品-二次电子和连续特征X射线断裂表面键 电子平均自由程（）电子与晶体中的原子核产生两次连续碰撞之间所走过的平均路程。测量方法：在基底上沉积一层待研究材料，测量基底某个Auger峰大小与沉积厚度的关系，便可得到次能量的Auger电子在所研究材料中的平均自由程。 计算式：对于纯元素：=538E2+0.41aE; a单原子层厚度，E以费米能级为零点的电子能量对于无机化合物：=2170E2+0.72aE对于有机化合物：=49E2+0.11E；mg/m2 电子作为探束的表面分析方法低能电子衍射（LEED-low energy electron diffraction）；反射式高能电子衍射（RHEED-reflection high energy electron diffraction）；俄歇电子能谱（AES-auger electron spectroscopy）；电子能量损失谱（EELS-electron energy loss spectroscopy入射光源高度单一化）；透射射电子显微镜（TEM-transmission electron microscopy）；扫描电子显微镜（SEM-scanning electron microscopy） 离子和固体表面的相互作用的作用过程：散射，注入，溅射，再释，表面损伤，光发射，电子发射，电离与中和，表面化学反应，表面热效应 从真空端观察到的各种粒子的发射现象1：散射的初级离子：能量分布和角分布反应表面原子的成分及排列离子散射谱(iss)2：中性原子、原子团、分子及正/负离子：进行质谱、能谱分析得到表面成分分析-次级离子质谱（sims）3：电子：其能量分布给出有关离子轰击、中和、次级离子发射过程及表面原子电子态信息-离子激发表面电子谱；4：X射线及光发射：表面化学成分及化学态信息-离子诱导光谱 从靶上观察到的变化1：表面及近表层的原子、原子团分子或中性粒子或离子的形式溢出：发射区（10A），溢出深度2：初级离子注入及表层原子的反弹注入；注入区，注入深度（离子入射角），沟道效应3：晶格结构扰动，晶格扰动波及区，产生缺陷与位错4：表面化学反应 离子作为探束的表面分析方法离子散射谱（ISS-ion scattering spectroscopy）；次级离子质谱（SIMS-secondary ion mass spectroscopy）；卢瑟福背散射谱（RBS-rutherford backscattering spectroscopy）；离子激发X射线谱（IEXS-ion exited X-ray spectroscopy）；离子中和谱（INS-ion neutralization spectroscopy） 特点：离子重，动量大：可出于不同的激发态；静电场及接触电位差位能作用；可以表面发生化学反应；可得到最表层信息，很高检测灵敏度，丰富的表面信息缺点：表面受到损伤，破坏性分析，表面态不断发生变化，定量难，作用过程复杂，识谱难，基体效应（一种成分存在影响另一成分的刺激离子产额）光子与固体表面的相互作用 光电效应：当光子能量全部交个一个电子，使其脱离原子而运动 康普顿效应：光子与电子产生碰撞，将一部分能量交给电子而散射，碰撞射出的电子成为康普顿电子。 光子与表面作用有：光发射/散射，光吸收，光衍射，光激发产生光电子，光诱导表面分子脱附和反应 光子作为探束的表面分析方法光助场发射；阈值光电子谱；能带结构与价电子能谱；紫外光子电子谱（UPS-ultraviolet photoelectron spectroscopy）；X射线光电子谱（XPS）研究外壳层电子特性所用光源：可见及近紫外，紫外，同步辐射光源。 同步辐射光源的特点1：从红外到硬X射线的连续光谱，可用单色器分光；2：光源稳定而强大：试验时间缩短，信噪比提高；3：主要是偏振光：光跃迁选律与角分辨光电子能谱；4：高度准直性中性粒子与固体表面相互作用 中心粒子：中性粒子碰撞诱导辐射（SCANIIR- Surface Compound Analysis Neutral and Ion Impact Radiation）；分子束散射（MBS-molecular beam scattering） 肖特基效应：外加电场可以减低能垒，有助于电子发射 场致电子发射：在强电场（107-108V/cm）作用下，因存在量子力学的隧道效应，在固体不加热的情况下也能出现显著的电子冷发射。 热场致发射：在温度不为零的情况下产生的场致发射电子。 电场作为探束的表面分析方法：场电子显微镜（FEM-field electron microscopy）；场离子显微镜（FIM-field ion microscopy）；原子探针场离子显微镜（APFIM-atomic probe field ion microscopy）；扫描隧道显微镜（STM-scanning tunnel microscopy） 电场探束分析特点：1：为获得强场样品做成针尖形；2点投射显微镜，具有105-107倍方法效应；3结构简单；4分辨率高：FEM25A，FIM原子级。缺点：样品制备复杂，强场存在，表面强场存在,测得的仅为强场下的表面性质。 分类按探测粒子或发射粒子分类：电子，光谱，粒子，光电子按用途分类：组分分析，结构分析，电子态分析，原子态分析4. 俄歇电子能谱l 俄歇过程俄歇电子在低原子(Z15)的无辐射内部重排发射出来，其步骤为：1：入射电子撞击原子离子化，发射出内部电子离开芯能级；2：高能电子掉入芯能级；3：第二步中产生的能量激发了另一个电子，一般来自于同一壳层l 俄歇电子标记l K系列俄歇跃迁：同一空穴可以产生不同俄歇跃迁，当初始空穴在K能级时，就出现K系列跃迁，如KLL，KLM，KMNl 俄歇群：同一主壳层标记的次壳层不同的俄歇跃迁，如KL1L1，KL1L2，KL1L3，KL2L3l C-K（Coster-Kronig）跃迁：初始空穴和填充电子处于同一主壳层的不同次壳层，如LLM，MMN，特点：跃迁速度非常快l 超C-K跃迁：三个能级处于同一主壳层；如：LLL，MMMl 一般：Z42, MNNl 能量分析器：用来测量从样品中发射出来的电子的能量分布，分辨率=E/E1/2柱偏转分析器（127-CDA）;半球形分析器（CHA/SDA）；平面镜分析器（PMA）；铜镜分析器（CMA）l 检测器：通道式电子倍增管；打拿极式倍增管l 能量分布涉及4个电子：原始入射电子（P），激发的二次电子（s），跃迁电子(t)，俄歇电子l 背景分析l Auger电子的特征能量计算能量守恒原理：EZXY=EZZ-EXZ-EYZ经验公式：EZXY=EZZ-12EXZ+EXZ+1-12EYZ+EYZ+1实际计算公式：EZXY=EZZ-12EXZ+EXZ+1-12EYZ+EYZ+1-sp，sp是仪器功函数。l 电离截面是指原子被入射粒子电离产生空穴的几率。l 平均逃逸深度和平均自由程z:取样深度；:电子的平均自由程；N：达到表面的电子数；N0：总的俄歇电子数l 定性分析总结：对照，比较，再选取，确定l 定量分析标样法：I=kN灵敏因子分析法：灵敏因子：在给定的试验条件下，各种元素的特征俄歇跃迁在经历了样品内部各过程后，俄歇电子溢出表面的几率在灵敏因子相互独立和仪器因子相同：不同元素的相对浓度（原子百分比）：Ci=NiN=IiSijIjSjl 化学位移：俄歇电子能量的位移l AES应用：1：表面成分分析；2：化学环境分析；3：深度剖析；4：界面分析；5：金属薄膜生长模式分析；6：微区成像分析5. 光电子能谱u 一些总结电子结合能：Ekini=h-EBFi-e; 依次表示电子真空动能，入射光子能量，电子结合能EBFi=h-Ekini-e，表面势垒/仪器功函数X光激发内层电子；紫外光激发价层电子；俄歇电子检测的是内层二次电子X射线最主要的缺陷在于它的线宽较宽，达到0.8eV，单色化的Al-Ka0.4eV数据分析：分析能量位置，峰强度，峰形状（UPS）紫外光光子能量小于50电子伏，因而只涉及外层电子（价电子或导带电子），(XPS)X射线能量大于1000电子伏，主要作用于内层电子。UPS高度单色化，分辨率比XPS高1000倍，可用于清洁表面，分析表面化学键和信息，表面化学吸附物的电子结构，分析关于电子激发和电荷转移的信息。u 定性分析由谱图中的光电子芯能级峰的结合能确定。同AES，采用元素指纹鉴定分析u 芯能级化学位移原子因处于化学环境不同而同引起芯能级电子结合能发生改变u 定量分析均一体系，元素A的给定能级的强度：IA=f0AA0AeyD灵敏度因子法：A=IA/f0A0AeyD=IA/SA浓度：Ci=i=IiSijIjSj表面吸附：SA=SAeu 光电子能谱的伴峰结构1：弛豫效应：光电子谱峰向低结合能一侧移动，分为两部分：原子内项（单独原子内部电子的重新调整）；原子外项（被电离原子相关的其他原子的电子结构调整）。2：多重分裂：当原子或自由离子的价壳层拥有未配对自旋电子，即当体系初始总角动量J不为零，则光致电离所形成的内壳层空位将与价轨道未配对自旋电子发生耦合，使体系出现不止一个终态。相应于每个终态，在XPS谱图上有一条谱线，这便是多重分裂的含义。J=ls分裂谱线所对应的能量间距反应谱线的分裂程度；从课件示例谱图中看出随着l的增大，分裂程度减小。u 多电子激发携上伴峰(shake-up)：如果一个电子被激发到更高的束缚态，谱图中相应的伴峰；此过程导致更高的结合能携出伴峰(shake-off)：假如激发发生在自由连续态中，形成一个芯能级和价带均有空穴的双电离原子；导致更高的结合能Take-off angle：小角度的发射角可以提高表面的灵敏度6. 扫描探针显微镜：STM&AFM 原理：扫描隧道显微镜原子力显微镜 扫描隧道显微镜STM量子隧穿效应为其原理；I=Vexp-1/2s两种模式：恒流模式，恒高模式功函数不同，一般选用纯物质样品压电陶瓷控制移动：x=d31VLh；（分别为电压，压电元件长度，厚度，压电元件常数）；电流前置放大器；反馈电路：模拟式和数字式振动隔离：气动系统和悬挂弹簧针尖获得：电化学腐蚀，针尖处理：电场/撞击锐化 STM-IETS：scanning tunneling microscopy-inelastic electrical tunneling spectroscopy 原子力显微镜AFM（atomic force microscopy）模式：接触式：恒力模式和恒高模式； F=-kx；压电材料定位，激光测量弯曲轻敲式：悬臂上下摆动敲击样品表面非接触式：表面非常小力（10-12N），针尖-表面距离10-100A；适合于软物质或者弹性表面；无污染，无损坏，针尖寿命长 针尖：微悬臂 横向力显微镜：探针斜侧扫描；反应样品的精细结构细节 相位成像：适用于轻敲模式；可以确定高分子混合物的两相结构；确定在高度成像中不能反应的表面污染 提升模式成像：扫描两次：一次测量拓扑结构；另一次测量材料性质；消除了相的交叉污染 磁力显微镜：原子显微镜针尖上涂磁性材料；1非接触模式（100A）磁场 STM优缺点：优点：1真实空间图像；很好的侧向（1A）和垂直向（0.1A）分辨率；3可以获得表面单胞尺寸和对称性或者电子结构；4能够直接反应分子轨道；5能够确定一些光谱信息；6足够快允许一些动力学信息；7能够激发和探测电子激发化学反应缺点：1复杂并且昂贵；2受噪音的影响；3图像在针尖和表面电子结构之间回旋卷曲；4：针尖难以制备；5在导体上工作 AFM优缺点优点：1样品不受导电性限制，可用于生物物质，有机物或高分子；2：仪器STM简单；3商业化的针尖和微悬臂；4提供真实拓扑图像；5测定其他物理性质，如疏水性、磁性、静电性、摩擦力和弹性模量；5非接触模式对软物质或者易碎物质产生最小的损坏。缺点：1对噪音和振动敏感；2：水的存在可能扭曲图像；3接触模式损坏表面；4：同STM，针尖形貌回旋在图像上；5chemically blind7. 电子显微镜：TEM（transmission electron microscopy）&SEM(scanning electron microscopy)l 电镜分析信息获得：拓扑结构，形貌，组成，晶体学信息放大信息：M=MOMIMP；分别对应物镜，中间镜，投射镜的放大倍数衬度：一、衍射衬度-晶体试样在进行TEM电镜观察时，由于各处晶体取向不同和(或)晶体结构不同，满足布拉格条件的程度不同，使得对应试样下表面处有不同的衍射效果，从而在下表面形成一个随位置而异的衍射振幅分布，这样形成的衬度，称为衍射衬度。这种衬度对晶体结构和取向十分敏感，当试样中某处含有晶体缺陷时，意味着该处相对于周围完整晶体发生了微小的取向变化，导致了缺陷处和周围完整晶体具有不同的衍射条件，将缺陷显示出来。可见，这种衬度对缺陷也是敏感的。基于这一点，衍衬技术被广泛应用于研究晶体缺陷。二散射衬度l 散射衬度（明场）I=I0e-N0ZAt；N0-Avogadro常数；-散射截面面积；ZA-原子量；t-厚度；-密度l 衍射衬度（暗场）2dsin=n; Rd=L；L相机长度，R衍射斑点离中心的距离l TEM主要性能指标分辨率（点分辨率：两点之间的距离；线分辨率：最小的晶面间距），放大倍数，加速电压，景深和焦深l TEM样品制备样品条件：1很薄；2：能够承受高能电子和高真空粉末样品：铜网（直径2-3mm；100nm厚）上支持膜，样品高分散直接薄膜样品：真空蒸发法；溶液凝固法；离子轰击减薄法；超薄切片法；金属薄片制备法复型技术：表面显微组织浮雕复型l SEM衬度分析形貌衬度；成分衬度；电位衬度探测粒子：二次电子形貌衬度；成分衬度；晶体衬度探测粒子：背散射电子=-0.0254+0.016Z-1.8610-4Z2+8.310-7Z3; C=1-21l SEM指标分辨率；放大倍数；景深l SEM样品制备1样品在真空中稳定，不能有水分，表面 污染，断口或截面，磁性样品；样品座直径3-5nm或30-50nm；高度5-10mm2：块状样品：导电材料，非导电或者导电性很差的材料需要镀膜处理3：粉末样品：镀上导电膜4：镀膜方法：真空镀膜，离子溅射镀膜（惰性气体氩，5*10-2Torr）l 常用显微镜对比常用显微镜对比光学显微镜SEMSPM样品操作环境空气，液体，真空真空空气，液体，真空景深小大中焦深中大小X，Y向的分辨率1um5nm2-10nm对AFM，1A对STMz向上的分辨率0.05nm方法倍数1-2*10310-1065*102-108需要的样品量小少量到微量少量或者不需要样品特征不能对所用波长的光完全透明样品不能聚集电荷并且承受真空样品在高度方向上不能有大于10um的原位变化8. 其他技术 低能电子衍射（LEED）倒易晶格（必考）： r: 样品到荧光屏的长度，Edward球的半径为1/零点位置不变；入射电子能量越高，波长越短，结果荧光屏晶格距离越短；同时表面晶体晶格越长，倒易点阵的晶格距离越短，最后的荧光屏晶格越短。 反射式高能电子衍射（RHEED）tan=SL=sin; tan=sin=1d1=d=SL; S=Ld同样利用Edward球，可以看出：入射电子能量越高，波长越短，距离越小，点越密集；样品晶体点阵距离越小，d越小，S越大。 红外吸收反射光谱（IRAS/RAIRS）Infrared Adsorption-Reflection Spectroscopy 红外光谱：吸收峰位置形状结构信息；吸收峰强度含量信息；？立体构型化学键强度and热力学函数光谱产生条件：红外光谱总结：透射红外光谱（TIRS-transmission infrared reflection spectroscopy）：红外透过的样品，支持金属催化剂，样品高表面积漫反射红外光谱（DRIFTS: Diffuse Reflectance IRS）：TIRS中不能透射的样品，高表面积红外吸收反射光谱（RAIRS）：高反射性样品，低表面积，正前方检测反射光子多重内反射红外光谱（MIR-multiple internal reflection）：也是衰减全反射红外光谱（ATR: attenuated total reflection）红外吸收条件；1，能量要求。2，辐射频率与偶极频率匹配 吸收函数：A：吸收；: 吸收系数分辨率：2-4cm-1偶极矩从上面可以看出：质量越大，吸收频率越高，波数越大，谱图上越靠左*分子在固体表面的覆盖度越大，分子的振动频率越大红外不能检测600cm-1以下的峰优点：1高分辨性；2仪器设备簡単；3不仅限于超高真空（UHV），可在大气高压下进行使用；4理论成熟；扫描速度快（30s-10min）缺点：1灵敏度低于HREELS；2红外不能检测600cm-1以下的峰；3表面法线方向有偶极矩分量的振动模式是活性的（表面选择定则）；4背景差谱 表面增加拉曼光谱（SERS: surface enhanced raman spectroscopy）吸附在粗糙化金属表面的化合物由于表面局域等离子激元被激发所引起的电磁增强，以及粗糙表面上的原子簇及吸附其上的分子构成拉曼增强的活性点，这两者的作用使被测定物的拉曼散射产生极大的增强效应拉曼效应非弹性散射两种理论：经典理论和量子理论经典理论：入射光的电磁场与分子的相互作用；下面三项依次为瑞利，反斯托克斯，斯P 量子理论：（应该不会考，不用管它了）拉曼光谱类型：10振拉曼光谱（RRS）；2傅里叶变换拉曼光谱（FTRS）；紫外拉曼光谱（UVRS）；4表面增强拉曼光谱（SERS）增强的两个机理：1电磁场效应（104）：金属表面局域电场增强P=Ei；2化学效应（10-100）：金属表面与吸附分子形成电荷转移复合物 离子散射谱（ISS）散射示意图 推测表面原子的质量： 沟道效应当带电粒子以小角度射入单晶中的一行行原子时，若粒子轨迹被限于原子的行和面之间，可使粒子射程比随机方向射入时显著增加，具有异常的穿透作用。当注入离子沿着基材的晶向注入时，则注入离子可能与晶格原子发生较少的碰撞而进入离表面较深的位置阴影效应由于样品表面吸附凹凸不平使检测强度变化 二次离子质谱（SIMS）离子溅射：表面清洁；深度剖析；成分分析原理示意图类型：动态次级离子质谱；静态次级离子质谱比较溅射阈能：使样品表面出现溅射时初级离子的临界能量离子溅射产额：一个初级离子从表面溅射出来的离子的数量S=NsNi；其中Ns二次离子的数目；Ni：入射离子的数目定量分析： 高分辨电子能量损失谱（HREELS）原理：Es=Eih；Ei入射电子能量；Es反射电子能量；表面振动频率半峰宽看出入射电子的能力分布 电子束在表面发射非弹性散射：1激发晶格振动或吸附分子振动能级跃迁（meV）；2激发等离子体或价带电子跃迁（1-10eV）；激发芯能级电子跃迁（1000eV）散射：偶极散射（表面选择规则）；碰撞散射；负离子共振散射9. 真空的获得与测量 真空：充有低于大气压压强的气体的给定空间，即分子密度小于2.51019molecules/cm3。真空单位：1atm=760Torr=1bar=105Pa与1Torr=1.33mbar=133Pa 真空划分： 分子密度：单位容积内的平均分子数n 平均自由程：一个分子在其所处的环境中与其他分子发生两次连续碰撞之间所走的平均 距离 单分子层形成时间：一个新解离的表面被单分子厚度的气体全部覆盖所需要的时间 表面分子密度：单位表面积吸附的物种的分子数目 表面覆盖度为：实际表面覆盖的面积/饱和表面分子覆盖的面积或者为单位表面吸附物种的数目/单位面积基质的原子数目 真空作用：1