低能电子衍射LEED.ppt

LowEnergyElectronDiffraction,NANKAIUNIVERSITY信息技术科学学院许帅家,低能电子衍射（LEED）：描述的是这样一种现象，当把一个单一低能量的(能量范围大约从5ev到500ev)电子束，以接近于垂直的方向投射到具有完整晶格结构的晶体清洁表面上时，电子束将与表面晶格发生作用；一部分电子以相干散射的形式反射到真空中，所形成的衍射束进入可移动的接收器进行强度测量，或者再被加速至荧光屏，给出可观察的衍射图像。,什么是低能电子衍射？,电子束中的入射电子只能进入表面几个原子层的深度。随着能量降低，透入深度也减小，从LEED得到的信息是晶体的表面结构，因此LEED是研究单晶表面层原子排列的一种有效方法。固体表面研究是材料科学中发展最快的部分，而低能电子衍射(LEED)是研究表面微观结构的最重要的技术，它提供表面的晶体学信息。,低能电子衍射的原理,低能电子衍射的原理与X-射线衍射相似，不同的是X-射线传入固体的深度较深，一般在微米量级，因此所求的结构是穿入深度内的平均值，属于体内结构。,如今，LEED成为表面实验研究的标准手段。,70年代开始，对表面结构进行研究。,50年代，人们开始研究气体在单晶表面的吸附现象。,30年代后，人们开始了低能电子衍射方面的研究,1921年Davisson和Germer研究了电子束在单晶表面的散射现象。,1.低能衍射基本装置,低能电子衍射系统及其实验方法,低能电子衍射实验装置如图所示。这种装置是一种低能电子衍射-俄歇和光电子谱联合系统。即利用此系统不仅能够实现对低能电子在晶体表面衍射束点的检测，而且也能够利用其能量分析系统测定表面的俄歇电子及光电子能谱。,低能电子衍射实验装置图,低能电子衍射系统有各种设计，但是基本结构如图所示，衍射电子可用两种不同的接收器来探测，一种用法拉第接收器，另一种用屏幕显示。试样放在一个夹具上，可绕一个或多个轴旋转以便变换电子入射角。夹具上可以出电引线、装入电阻加热元件、加上冷却器如液氮冷却或装接热电偶等，正对试样的是一个提供入射电子的电子枪，电子束流约为几个微安。,低能电子束的接收一般使用球栅减速场能量分析系统，即所谓的LEED系统。LEED系统使用球栅型减速场能量分析器。通过此系统选择出弹性衍射电子，并经过加速后打到荧光屏上，就能看到电子束的衍射斑点或环。低能电子在固体表面上的衍射斑的结构，依赖于固体的表面结构。,系统对电子枪的要求是比较高的。这是因为低能电子衍射所要求的入射电子束应该是单色、平行并具有一定束流强度（1-4uA）的电子束。电子枪中要使用低温阴极，使从阴极发射出来的电子具有较小的初速度。,低能电子枪常采用长漂移管结构。,4,低能衍射实验对电子枪的要求,枪体主要有两部分组成,第一部分是阴极与控制极构成的发射系统。,第二部分是三只同轴长管组成的漂移聚焦系统。,电子枪的长漂移管结构,A1A2A3,A1为长漂移管，也称为第一阳极，是它决定了低能电子束的单色性、平行性以及束流的强度。A2为聚焦极，常加负电位。A3为第二阳极，接地。,电子枪剖面图,在电子束出口处，又由A1，A2和A3构成主聚焦区。这个主聚焦区主要是为了对从漂移管出来的电子束实施弱聚焦。,3低能衍射实验方法,栅网2、3上加一与入射电子能量相近的减速电压在荧光屏上加5-7kV高压,A球栅各网按要求加电压,3低能衍射实验方法,进入真空室之前,X射线定出晶面取向,机械抛光和化学腐蚀,进入系统之后,首先用150-500eV的氩离子轰击,其次在晶体表面加以高温烘烤，并通入少量氧气。,B样品安装及清洁,3低能衍射实验方法,C,e,外圆筒(接地）,内圆筒,导出线接微电流放大,接收器：法拉第圆筒,C衍射斑强度的测量,低能衍射在表面结构分析中的应用,低能电子衍射在表面分析中的主要应用为分析表面的结构，以研究表面形成的机理，表面性质与表面结构的关系，表面的吸附特点，吸附原子的空间位置，表面结构与表面态的关系等。,低能电子衍射应用的主要领域,对于清洁表面的分析,对吸附表面的分析,LEED的基本用途,LEED的优势,LEED与其他方法的区别SEM、AFM图案反映的