[理學]電子能譜學第11講低能離子散射譜iss-文庫吧
2024-11-23 00:58 本頁面
【正文】 散射要求良好的真空條件，其真空度要優(yōu)于高能散射時的最低要求。實驗過程中．散射室的壓力應(yīng)在 l 10－ 9托或更低。 ? 這是因為低能離子散射法對表面非常敏感，本底氣體的吸附層會嚴重地減小分析表面的離于散射產(chǎn)額。為了對“實際的”或工程樣品進行成分分析，應(yīng)通過適當?shù)某檎婵蘸皖A(yù)先烘烤器壁來減少殘余氣體。 ? 對表面結(jié)構(gòu)的研究還應(yīng)能對靶表面進行就地清潔和通過退火保持有序表面，并能適當控制氣體量以進行吸附研究。 清華大學化學系材料與表面實驗室 14 能量分析器 ? 靜電式電子能量分析器，如 CMA、 SDA都可以用作正離子能量分析器，只須特有有關(guān)電位開關(guān)的極姓反轉(zhuǎn)即可。這也使 ISS技術(shù)易于同 AES、XPS等分析技術(shù)兼容。 ? 正離子探測也常用電子通道板倍增器。入射到倍增器的離子需加速至 3千電子伏以增加靈敏度。前置放大器，脈沖計數(shù)等信號處理系統(tǒng)與 AES、XPS等相同。 清華大學化學系材料與表面實驗室 15 ISS原理 ? 基本原理已知質(zhì)量ｍ 1和能量Ｅ 0的一次離子入射到樣品表面 (靶原子質(zhì)量ｍ 2)后 ,在固定散射角處測量彈性散射后的一次離子的能量分布 (Ｅ 1)。 ? 此過程遵從兩體剛性球的彈性碰撞原理 清華大學化學系材料與表面實驗室 16 離子散射原理 ? 低能離子散射譜上一些突出的峰是由入射離子和單個晶格原子之間的簡單雙體碰撞形成的，靶子晶格起的作用很小或根本不起作用。 ? 在碰撞過程中由于電子躍遷而損失的能量很少，在大多數(shù)實驗裝置中探測不到。 ? 因此，入射能量為 E0、質(zhì)量為 M1的離子，從質(zhì)量為 M2的靶原子通過 θ角 (見圖 1)散射以后，剩下的能量 E1：由方程 (1)的關(guān)系確定。此關(guān)系是根據(jù)能量守恒和動量守恒導(dǎo)出的。 清華大學化學系材料與表面實驗室 17 離子散射原理 根據(jù)能量守恒和動量守恒導(dǎo)出的 對于常用的 90度散射來說，上式簡化為： 能量標度就變成了表面上靶原子的質(zhì)量標度。 測出ｍ 2,進而確定樣品的表面組成 清華大學化學系材料與表面實驗室 18 清華大學化學系材料與表面實驗室 19 散射產(chǎn)額 ? 散射產(chǎn)額與離子 — 原子碰撞的微分散射截面 dσ(θ)／dω，散射粒子保持離化狀態(tài)的幾率 Pi以及靶原子的數(shù)目等因素有關(guān)。散射截面又是離子和靶原子之間相互作用勢 V(r)的函數(shù)。 ? 單位立體角內(nèi)的離子產(chǎn)額就應(yīng)該表示為 ： ? ? n0是測量期間打到靶上的粒子數(shù)， n是散射粒子數(shù)，N是可達深度內(nèi)的靶原子密度，其它量的定義同前。在此方法中， N只限于可達到的深度 (即一兩個原子層 ) 清華大學化學系材料與表面實驗室 20 ? 通過低能散射進行化學成分分析時，經(jīng)常使用從玻爾屏蔽庫侖勢函數(shù)導(dǎo)出的截面。此勢函數(shù)表達為： ? 式中 r是原子核間的距離， a是電子的屏蔽長度。a＝ ，是氫原于的第一玻爾軌道半徑。由它們可以方便地求出散射截面。 清華大學化學系材料與表面實驗室 21 離子中和 ? 在低能散射時離子中和是一個重要問題。能量低于 5千電子伏時．靜電分析器收集的散射離子只是總產(chǎn)額的一小部分。因此，散射產(chǎn)物的利用率很低。 ? 而且中和效率 (1一 Pi)很可能與許多參數(shù)有關(guān) (例如離子能量、基質(zhì)材料、吸附的靶原于種類等 )，所以在定量解釋上相當復(fù)雜。 ? 另一方面，低能離子散射最突出的特點是表面靈敏度極高，這也是由于中和效應(yīng)之故。因為離子穿透到表面一、兩個原于層以下比從表面散射受到的中和更為完全。低能離子散射譜有許多尖銳的峰，這與高能時的情況有顯著區(qū)別。 清華大學化學系材料與表面實驗室 22 ? E0＝ 25千電子伏時，有一個很寬的本底。這個本底除了由背散射碰撞損失了能量的離子形成以外，還由穿入到金內(nèi)、在向內(nèi)向外反復(fù)碰撞的行程中損失了能量的離子所造成的。 ? 入射能量減小時本底也迅速減弱，并出現(xiàn)一個尖銳的表面峰。為了解釋這種現(xiàn)象，人們不得不認為，不是穿透的離子被有效地中和了，就是表面以下總的散射產(chǎn)額出乎尋常地減小了。 圖 4是 He從多晶體金的散射譜。圖中給出了四種不同的入射能量。 清華大學化學系材料與表面實驗室 23 清華大學化學系材料與表面實驗室 24 ? 每個原子后面都有一個入射離子無法進入的區(qū)域 (遮蔽錐 )。在遮蔽錐的邊沿會對入射束起聚焦增強作用 ,稱遮蔽錐的聚焦效應(yīng)。入射角 (入射束與樣品表面法線夾角 )越大 ,遮蔽錐越大。利用遮蔽效應(yīng) ,可以研究表面原子結(jié)構(gòu)。 陰影效應(yīng) 清華大學化學系材料與表面實驗室 25 陰影效應(yīng) ? 低能離子在表
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