[理學(xué)]電子能譜學(xué)第11講低能離子散射譜iss-wenkub
2022-12-23 00:58:14 本頁面
【正文】 行離子束打在靶面上，然后和某一特定角度上測量散射離子的能量分布即得到能譜。深度分辨率可達幾個納米，無需行逐層剝蝕。 ? Smith曾用 — 3千電子伏的 He＋ ， Ne＋ 及 Ar＋ 離子在多晶的 Mo和 Ni上散射，獲得了靶原子 (Mo或 Ni)以及吸附在表面上的 C， O的 ISS譜線，表明 ISS技術(shù)是一種有效的表面分析手段； ? 其實由于低能離子的散射截面和離子在表面內(nèi)外的中和幾率都很高，使得 ISS的信息深度僅僅是表面的最外一層或二層，成為名符其實的表面分析手段。 ? 當入射離子能量較低時 (離子動能為 100電子伏至幾千電子伏 )，可以得到低能離子散射增 (ISS)； ? 當入射離子能量很高時 (25千電子伏到幾個兆電子伏 )，稱為盧瑟福背散射 (RBS)。靶是多晶鉬和鎳，得到了從基質(zhì)表面原子和吸附物質(zhì) (如氧和碳 )散射的尖銳譜峰。 ? Smith還對吸附在銀上的一氧化碳進行了研究，由碳峰和氧峰的相對高度推導(dǎo)出 CO的吸附結(jié)構(gòu)信息。當初，盧瑟福曾使用這種散射探知了原子核的存在。 ? 這種單原子層的靈敏度，在諸如多相催化劑、原子擴散、合金的分凝、氧化、腐蝕的研究中是非常重要的，它使ISS成為最有效的表面分析手段之一。 ? 高能散射時，散射產(chǎn)額的定量解釋比較簡單，符合盧瑟福散射定律。 ? 在能譜上，根據(jù)峰的位置和高度就能了解表面原于的質(zhì)量、化學(xué)成分或原子數(shù)目。 ? 在低能離子散射中，最常用的惰性氣體是氦、氖或氬。（ 4) 氣體向離子源的泄漏要能精確控制，供給電子的燈絲要便于更換，這些因素都很重要。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。 ? 正離子探測也常用電子通道板倍增器。 ? 此過程遵從兩體剛性球的彈性碰撞原理 清華大學(xué)化學(xué)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。 清華大學(xué)化學(xué)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。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(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 20 ? 通過低能散射進行化學(xué)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。 清華大學(xué)化學(xué)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。 ? 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。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。圖中給出了四種不同的入射能量。利用遮蔽效應(yīng) ,可以研究表面原子結(jié)構(gòu)。 ? 實驗上可以利用這一陰影效應(yīng)，獲取不同入射方向的 ISS譜，比較這些譜峰的消長規(guī)律，便可推知表面一、二層原子的種類及它們的相對幾何排列。 ? 常使用中和電子槍 ,用低能電子流照射樣品 ,以清除積累的表面電荷。據(jù)報道，硫和氧吸附于鎳上其探測極限為 10－ 3到 10－ 4單層。但是入射離子能量也不能過低 ,否則散射效應(yīng)減弱。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 )。 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 33 質(zhì)量分辨率 ? 當靜電能量分析器工作在 ΔＥ /Ｅ為常數(shù)模式 ,且Ａ ≈1,則散射角 θ大時有最佳質(zhì)量分辨率。 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 34 定量分析 ? 一般規(guī)律是離子速度越低 ,中和化幾率越大。 ? 新技術(shù)的兩個本質(zhì)特點是 :(1)允許在散射角近于 180176。 )散射的觀察 ,實驗所用離子束為脈沖式 ,3ｋｅＶＨｅ +和Ｎｅ +離子束 ,斬波頻率 50ｋｃ /ｓ和脈寬 150ｍｓ。用現(xiàn)代發(fā)展的計算機模擬方法分析的實驗結(jié)果允許定量地確定頂部Ｓ層的不完整性。一定條件下亦可進行半定量的分析工作。因為離子照射引起的充電效應(yīng)較電子照射時的為小。用 Ne離子時，按照方程 (2)，這三個峰都清楚地分開了。 ? 用 3He比用 4He靈敏度高，這主要是由于在約定能量下 3H e的速度較高和離子百分比較大所致。 ? 遷移到表面上來的鋇可能起到了增加電子發(fā)射的作用。 ? 另一個可能的缺點是因離子照射所引起的表面損傷。 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 42 ISS結(jié)構(gòu)分析 ? 在研究表面結(jié)構(gòu)方面，借助于 ISS的陰影效應(yīng)，可以確定一些表面結(jié)構(gòu)的問題； ? 提出各種原子鏈狀散射的模型來研究表面缺陷，如臺階等，但在理論
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