材料近代测试方法表面成分分析PPT学习教案

1、会计学1 材料近代测试方法表面成分分析材料近代测试方法表面成分分析PPT课课 件件 第1页/共37页 表面的化学组成、微观结构、表面的化学组成、微观结构、 原子振动状态等均会与固体内原子振动状态等均会与固体内 部产生一定的差异。部产生一定的差异。 第2页/共37页 This energy is known as the surface free energy. In the case of liquid interfaces, this energy is called surface tension. 第3页/共37页 Sample Excitation source Energy Sele

2、ctor Signal Detector Event 第4页/共37页 第5页/共37页 探测粒子探测粒子 发射粒子发射粒子分析方法名称分析方法名称简称简称 主要用途主要用途 e e低能电子衍射低能电子衍射 LEED结构结构 e e反射式高能电子衍射反射式高能电子衍射 RHEED结构结构 e e俄歇电子能谱俄歇电子能谱 AES成分成分 e e扫描俄歇探针扫描俄歇探针 SAM微区成分微区成分 e e电离损失谱电离损失谱 ILS成分成分 e 能量弥散能量弥散x射线谱射线谱 EDXS成分成分 e e俄歇电子出现电势谱俄歇电子出现电势谱 AEAPS成分成分 e 软软x射线出现电势谱射线出现电势谱SXA

3、PS成分成分 e e消隐电势谱消隐电势谱DAPS成分成分 e e电子能量损失谱电子能量损失谱EELS原子及电子态原子及电子态 e I电子诱导脱附电子诱导脱附ESD吸附原子态及成分吸附原子态及成分 e e透射电子显微镜透射电子显微镜TEM形貌形貌 e e扫描电子显微镜扫描电子显微镜SEM形貌形貌 ee扫描透射电子显微镜扫描透射电子显微镜STEM形貌形貌 第6页/共37页 探测粒子探测粒子 发射粒子发射粒子分析方法名称分析方法名称简称简称 主要用途主要用途 I I离子探针质量分析离子探针质量分析IMMA微区成分微区成分 I I静态次级离子质谱静态次级离子质谱SSIMS成分成分 I n次级中性离子质

4、谱次级中性离子质谱SNMS成分成分 I I离子散射谱离子散射谱ISS成分、结构成分、结构 I I卢瑟福背散射谱卢瑟福背散射谱RBS成分、结构成分、结构 I e离子中和谱离子中和谱INS最表层电子态最表层电子态 I 离子激发离子激发x射线谱射线谱IEXS原子及电子态原子及电子态 第7页/共37页 探测粒子探测粒子 发射粒子发射粒子分析方法名称分析方法名称简称简称 主要用途主要用途 ex射线光电子谱射线光电子谱XPS成分、化合态成分、化合态 e紫外线光电子谱紫外线光电子谱UPS分子及固体电子态分子及固体电子态 e同步辐射光电子谱同步辐射光电子谱SRPES成分、原子及电子态成分、原子及电子态 红外吸

5、收谱红外吸收谱IR原子态原子态 拉曼散射谱拉曼散射谱RAMAN原子态原子态 扩展扩展x射线吸收谱精细结构射线吸收谱精细结构SEXAFS结构结构 角分辨光电子谱角分辨光电子谱ARPES原子及电子态结构原子及电子态结构 I光子诱导脱附谱光子诱导脱附谱PSD原子态原子态 第8页/共37页 探测粒子探测粒子 发射粒子发射粒子分析方法名称分析方法名称简称简称 主要用途主要用途 Ee场电子显微镜场电子显微镜FEM结构结构 EI场离子显微镜场离子显微镜FIM结构结构 EI场离子显微镜场离子显微镜-原子探针原子探针AP-FIM结构及成分结构及成分 Ee场电子发射能量分布场电子发射能量分布FEED电子态电子态

6、Ee扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜STM形貌形貌 Tn热脱附谱热脱附谱TDS原子态原子态 n 中性粒子碰撞诱导辐射中性粒子碰撞诱导辐射SCANIIR成分成分 n n分子束散射分子束散射MBS结构、原子态结构、原子态 AWAW声显微镜声显微镜AM形貌形貌 第9页/共37页 部分表面分析设备的分析范围部分表面分析设备的分析范围 第10页/共37页 XPS AES ILS ISS RBS SIMS 测氢测氢 NoNoNoNoNoYes 元素灵敏度均匀性元素灵敏度均匀性 GoodGoodBadGoodGoodBad 最小可检测灵敏度最小可检测灵敏度 10-2-10-310-2-10-310-910-2-

7、10-310-2-10-310-4-10-5 定量分析定量分析 GoodYesBadBadGoodBad 化学态判断化学态判断 GoodYesYesBadBadBad 谱峰分辨率谱峰分辨率 GoodGoodGoodBadBadGood 识谱难易识谱难易 GoodGoodGood- 表面探测深度表面探测深度 MLsMLsMLsMLML- mML- MLs 空间分辨率空间分辨率 BadGoodGoodBadBadGood 无损检测无损检测 YesYesYesNoYesYes 理论数据完整性理论数据完整性 GoodYesBadYesGoodBad 第11页/共37页 第12页/共37页 第13页/共

8、37页 俄歇电子 激发源 出射电子 填充电子 W X Y EW EX EY 俄歇电子 激发源 图1俄歇电子的跃迁过程图2俄歇电子的跃迁过程的能级图 第14页/共37页 第15页/共37页 第16页/共37页 第17页/共37页 0102030405060708090 0 1 0 1 Atomic Number L KLL LMM MNN KM Auger Yield Fluorenscence Yield 图5 俄歇跃迁几率及荧光几率 与原子序数的关系 第18页/共37页 第19页/共37页 第20页/共37页 第21页/共37页 第22页/共37页 0100200300400500600 C

9、 KLL Ti KLL O KLL 俄歇电子动能 / eV 计数 / 任意单位 278.0 385 415 510 图8金刚石表面的Ti薄膜的俄歇定性分析谱 第23页/共37页 ni i ii ii i SI SI c 1 / / 第24页/共37页 第25页/共37页 第26页/共37页 第27页/共37页 第28页/共37页 405060 Kinetic Energy / eV Counts / a.u. pure Ni NiO Ni2O3 830840850860 Kinetic Energy / eV Counts / a.u. pure Ni NiO Ni2O3 图9 不同价态的镍氧

10、化物的Ni MVV俄歇谱图10 不同价态的镍氧化物的Ni LMM俄歇谱 第29页/共37页 第30页/共37页 708090100 Kinetic Energy / eV Counts / a.u. SiO2 Si3N4 16001620 Kinetic Energy / eV Counts / a.u. SiO2 Si3N4 图11 电负性差对Si LVV谱的影响图12 电负性差对Si KLL谱的影响 第31页/共37页 490500510520530 Kinetic Energy / eV Counts / a.u. PbO2 TiO2 SiO2 图13 原子驰豫势能效应对 O KLL谱的影响 第32页/共37页 表1几种氧化物的结构化学参 数 氧化物R+(nm）电负性差O原子的 有效电荷 俄歇动能 （eV) SiO2 0.041 1.7 -1.03 502.1 TiO2 0.068 1.9 -1.19 503.4 PbO2 0.084 1.7