薄膜材料成分分析方法学习教案

1、会计学1薄膜材料成分分析方法薄膜材料成分分析方法第一页，编辑于星期日：十九点 四十九分。 表面分析方法的特征表面分析方法的特征注：输入箭头表示探测粒子或手段，输出箭头表示发射粒子或波第1页/共33页第二页，编辑于星期日：十九点 四十九分。探测粒子探测粒子发射粒子发射粒子名称名称英文简英文简称称基本过程基本过程测量测量主要用途主要用途信息深度信息深度ee俄歇电子谱AES俄歇退激发电子产额对能量的一次微商谱表面成分单层或几层原子层ee扫描俄歇微探针SAM俄歇退激发 表面微区的俄歇电子谱 表面成分分布单层或几层原子层ee电离损失谱ILS电子产额对能量的一次微商谱成分e 能量弥散X射线谱EDXS成分e

2、 软X射线出现电势谱SXAPS辐射退激发软X射线产额对电子能量的一次微商谱表面成分几层原子层ee e消隐电势谱DAPS 成分ee俄歇电子出现电势谱AEAPS俄歇退激发样品电流对入射电子能量的一次微商谱表面成分几层原子层eI电子感生脱附谱ESD吸附键断裂脱附粒子的质谱表面吸附成分及其状态单层第2页/共33页第三页，编辑于星期日：十九点 四十九分。探测粒子探测粒子发射粒子发射粒子名称名称英文简称英文简称基本过程基本过程测量测量主要用途主要用途信息深度信息深度II次级离子质谱 SIMS 离子溅射次级离子的荷质比 表面成分 单层原子层II离子探针IMSIMMA离子溅射表面微区次级离子质谱表面成分分布单

3、层或数层原子层II离子散射谱ISS非弹性背散射散射离子产额与能量的关系表面成分、表面结构单层原子层II卢瑟福背散射谱RBS非弹性背散射散射离子产额与能量的关系成分的深度分布单层-1微米热能n热脱附谱TDS吸附键断裂脱附粒子的质谱表面吸附成分和吸附状态单层原子层I质子（或离子）感生X射线谱PIX,IIX辐射退激发X射线强度与波长的关系表面成分的深度分布单层-1微米 eX射线光电子谱XPS光电子发射发射电子的能谱表面成分及其化学状态 单层-数层eX射线能谱EDS特征X射线能谱成分 荧光X射线荧光光谱XRF成分第3页/共33页第四页，编辑于星期日：十九点 四十九分。探测粒探测粒子子发射粒发射粒子子名

4、称名称英文简英文简称称基本过程基本过程测量测量主要用主要用途途信息深度信息深度辉光放电质谱仪GD-MS成分电感耦合离子体发射光谱仪ICP特征光谱成分原子吸收光谱仪AAS成分第4页/共33页第五页，编辑于星期日：十九点 四十九分。离子散射谱分析离子散射谱卢瑟福背散射二次离子质谱分析(SIMS)通过分析中性粒子和离子碰撞引起的光辐射研究表面成分（如ICP-AES)X-射线光电子能谱（XPS）X射线荧光光谱分析(XRF)电子束作为探测束电子束作为探测束的成分分析技术的成分分析技术： X射线能谱仪成分分析（EDS)第5页/共33页第六页，编辑于星期日：十九点 四十九分。第6页/共33页第七页，编辑于星

5、期日：十九点 四十九分。第7页/共33页第八页，编辑于星期日：十九点 四十九分。ISS ISS 分分 析析 的的 原原 理理 示示 意意 图图第8页/共33页第九页，编辑于星期日：十九点 四十九分。第9页/共33页第十页，编辑于星期日：十九点 四十九分。离离 子子 与与 靶靶 原原 子子 的的 弹弹 性性 碰碰 撞撞第10页/共33页第十一页，编辑于星期日：十九点 四十九分。第11页/共33页第十二页，编辑于星期日：十九点 四十九分。 离子质谱按照物质电离后质量与电荷的比值(即荷质比m/ e) 大小进行分离,可以测定离子的质量和离子流的强度。能快速连续地进行未知样品中包括氢在内的全元素分析和杂

6、质同位素分析、微区微量分析和杂质纵向分布的深度剖析。 按离子源分类,可以有火花源质谱仪,辉光放电质谱仪,等离子体质谱仪、二次离子质谱仪等第12页/共33页第十三页，编辑于星期日：十九点 四十九分。第13页/共33页第十四页，编辑于星期日：十九点 四十九分。第14页/共33页第十五页，编辑于星期日：十九点 四十九分。第15页/共33页第十六页，编辑于星期日：十九点 四十九分。第16页/共33页第十七页，编辑于星期日：十九点 四十九分。 GDMS 已广泛应用于固体样品的常规分析。作为一种成分分析的工具, GDMS 对不同元素的检测灵敏度的差异较小, 离子产额受基体的影响也不大。大多数元素的相对灵敏

7、度因子在0. 23 之间(铁的灵敏度因子为1) 。GDMS 具备很宽的检测动态范围, 从基体浓度到痕量浓度的元素都可以很好地检测。第17页/共33页第十八页，编辑于星期日：十九点 四十九分。X射线与和物质的相互作用 第18页/共33页第十九页，编辑于星期日：十九点 四十九分。第19页/共33页第二十页，编辑于星期日：十九点 四十九分。 俄歇电子激发源出射电子填充电子WXYEWEXEY俄歇电子激发源图图1 1 俄歇电子的跃迁过程俄歇电子的跃迁过程图图2 2 俄歇电子的跃迁过程能级图俄歇电子的跃迁过程能级图第20页/共33页第二十一页，编辑于星期日：十九点 四十九分。第21页/共33页第二十二页，

8、编辑于星期日：十九点 四十九分。第22页/共33页第二十三页，编辑于星期日：十九点 四十九分。第23页/共33页第二十四页，编辑于星期日：十九点 四十九分。第24页/共33页第二十五页，编辑于星期日：十九点 四十九分。每一次的跃迁都伴随有能量的释放，从而形成受激原子的二 次X射 线。 该X射线可被探测，并以谱的形式记录下 来。其中的峰，即谱线原子的特征，表明样品中含有 相应的元素。 第25页/共33页第二十六页，编辑于星期日：十九点 四十九分。 特点特点 : : 1、分析元素范围广：可测定元素周期表中从O到U的80多种元素；2、测定元素的含量范围宽：可测定元素含量在ppm级到100%的样 品；

9、3、样品前处理简单：分析的样品可以是未经处理的固体直接测 定，也可以是粉末或液体； 4、分析速度快：对一个未知样品可在10多分钟内测出各元素的半 定量数据； 5、可进行无损分析：测定时可不损害样品，如金银首饰的检测、 珠宝玉石和文物的鉴定等；分析精度高、结果重现性好； 6、但与现代的其他多元素分析技术，如电感耦合等离子体光谱 (ICP-AEC)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和仪器中子活化 分析(INAA)相比，XRF最明显的缺点就是灵敏度低、取样量大 第26页/共33页第二十七页，编辑于星期日：十九点 四十九分。电子束作为探测束的成分分析技术电子束作为探测束的成分分析技术第27页/共3

10、3页第二十八页，编辑于星期日：十九点 四十九分。第28页/共33页第二十九页，编辑于星期日：十九点 四十九分。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 10-2-10-310-2-10-310-910-2-10-310-2-10-310-4-10-5定量分析定量分析 GoodYesBaddBaGoodBad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 G