半導(dǎo)體光催化基礎(chǔ)第二章表面及表面態(tài)研究方法-wenkub
2023-03-08 15:11:51 本頁(yè)面
【正文】 是譜峰的自然線寬 、 X射線線寬和譜儀分辨率的卷積 。 XPS ?? XPS分析方法 ?定性分析 譜線的類型 ? 在 XPS中可以觀察到幾種類型的譜線 。 ? 分子 M中某原子 A的內(nèi)層電子結(jié)合能位移量同與它相結(jié)合的原子電負(fù)性之和 ΣX有一定的線性關(guān)系 。 XPS ?? XPS中的化學(xué)位移 ?化學(xué)位移 ? 由于原子所處的化學(xué)環(huán)境不同而引起的內(nèi)層電子結(jié)合能的變化 ， 在譜圖上表現(xiàn)為譜峰的位移 ， 這一現(xiàn)象稱為 化學(xué)位移 。 XPS ?? X射線光電子譜儀的能量校準(zhǔn) ?荷電效應(yīng) ? 荷電效應(yīng)的來(lái)源主要是樣品的導(dǎo)電性能差。 ? 半峰高寬是評(píng)定某種 X射線單色性好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。 ? 在一般的 X射線光電子譜儀中 ， 沒(méi)有 X射線單色器 ， 只是用一很薄 (1~2?m)的鋁箔窗將樣品和激發(fā)源分開(kāi) ， 以防止 X射線源中的散射電子進(jìn)入樣品室 ， 同時(shí)可濾去相當(dāng)部分的軔致輻射所形成的 X射線本底 。 目前 ，已開(kāi)發(fā)出的小面積 X射線光電子能譜 ， 大大提高了XPS的空間分辨能力 。 ? X射線光電子能譜是瑞典 Uppsala大學(xué) 經(jīng)過(guò)近 20年的潛心研究而建立的一種分析方法 。表面分析技術(shù)通過(guò)用一束 “ 粒子 ” 或某種手段作為探針來(lái)探測(cè)樣品表面，這些探針可以是電子、離子、光子、電場(chǎng)和熱，在探針的作用下，從樣品表面發(fā)射或散射粒子或波，它們可以是電子、離子、中性粒子或光子，這些粒子攜帶著表面的信息，檢測(cè)這些粒子的能量、動(dòng)量分布、荷質(zhì)比、束流強(qiáng)度等特征或波的頻率、方向、強(qiáng)度、偏振等情況就可得到有關(guān)表面的信息。 常用表面分析技術(shù) 1. XPS: 2. AES 3. SIMS 4. ISS 材料表面分析的基本內(nèi)容和分析方法 ? 表面分析的基本內(nèi)容大致可分為表面元素組成分析、表面結(jié)構(gòu)分析和從表面經(jīng)界面到基體的縱深分析；材料的表面元素組成分析包括元素的點(diǎn)分析、線分析、選區(qū)分析和面分布分析以及表面分子中原子的化學(xué)狀態(tài)、化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)分析；材料的表面結(jié)構(gòu)分析包括表面形貌分析、表面點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)分析、表面缺陷分析；材料的縱深分析包括有損和無(wú)損的元素濃度或元素的化學(xué)狀態(tài)的縱深分布分析 。 他們發(fā)現(xiàn)了內(nèi)層電子結(jié)合能的位移現(xiàn)象 ， 解決了電子能量分析等技術(shù)問(wèn)題 ， 測(cè)定了元素周期表中各元素軌道結(jié)合能 ， 并成功地應(yīng)用于許多實(shí)際的化學(xué)體系 。 XPS ?? X射線光電子譜儀 ?X射線光電子譜儀 XPS ?? X射線光電子譜儀 ?X射線光電子譜儀 ? X射線源是用于產(chǎn)生具有一定能量的 X射線的裝臵，在目前的商品儀器中，一般以 Al/Mg雙陽(yáng)極 X射線源最為常見(jiàn)。 XPS ?? X射線光電子譜儀 ?X射線光電子譜儀 ? 將 X射線用石英晶體的 (1010)面沿 Bragg反射方向衍射后便可使 X射線單色化。 XPS ?? X射線光電子譜基本原理 ?X射線光電子譜基本原理 ? X射線光電子能譜的理論依據(jù)就是 Einstein的光電子發(fā)射公式 ， 在實(shí)際的 X射線光電子譜分析中 ， 不僅用 XPS測(cè)定軌道電子結(jié)合能 ， 還經(jīng)常用量子化學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算 ， 并將二者進(jìn)行比較 。 ? 荷電電勢(shì)的大小同樣品的厚度、 X射線源的工作參數(shù)等因素有關(guān)。 ? 化學(xué)位移的分析 、 測(cè)定 ， 是 XPS分析中的一項(xiàng)主要內(nèi)容 ， 是 判定原子化合態(tài) 的重要依據(jù) 。 XPS ?? XPS中的化學(xué)位移 ?化學(xué)位移的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律 ? 對(duì)少數(shù)系列化合物 ， 由 NMR(核磁共振波譜儀 )和Mossbauer譜儀測(cè)得的各自的特征位移量同XPS測(cè)得的結(jié)合能位移量有一定的線性關(guān)系 。 其中有些是XPS中所固有的 ， 是永遠(yuǎn)可以觀察到的；有些則依賴于樣品的物理 、 化學(xué)性質(zhì) 。 高結(jié)合能端弱峰的線寬一般比低結(jié)合能端的譜線寬1~4 eV。 XPS ?? XPS分析方法 ?定性分析 譜線的類型 ? X射線的伴峰： X射線一般不是單一的特征 X射線 ， 而是還存在一些能量略高的小伴線 ，所以導(dǎo)致 XPS中 ， 除 K?1,2所激發(fā)的主譜外 ，還有一些小的伴峰 。 ? 利用 X射線光電子譜手冊(cè)中的各元素的峰位表確定其他強(qiáng)峰，并標(biāo)出其相關(guān)峰，注意有些元素的峰可能相互干擾或重疊。 XPS ?? XPS分析方法 ?化合態(tài)識(shí)別 光電子峰 ? 由于元素所處的化學(xué)環(huán)境不同 ， 它們的內(nèi)層電子的軌道結(jié)合能也不同 ， 即存在所謂的化學(xué)位移 。 由于 X射線源產(chǎn)生的 X射線的線度小至 mm左右 ， 使XPS的空間分辨能力大大增加 ， 使得 XPS也可以成像 ， 并有利于深度剖面分析 。 2．可實(shí)時(shí)得到實(shí)空間中樣品表面的三維圖像，可用于具有周期性或不具備周期性的表面結(jié)構(gòu)的研究，這種可實(shí)時(shí)觀察的性能可用于表面擴(kuò)散等動(dòng)態(tài)過(guò)程的研究． 3． 可以觀察單個(gè)原子層的局部表面結(jié)構(gòu) ，而不是對(duì)體相或整個(gè)表面的平均性質(zhì) ，因而可直接觀察到表面缺陷 。圖中硫酸根離子吸附狀態(tài)的一級(jí)和二級(jí)結(jié)構(gòu)清晰可見(jiàn) 。 ?隧道探針一般采用直徑小于 1mm的細(xì)金屬絲，如鎢絲、鉑 銥絲等，被觀測(cè)樣品應(yīng)具有一定的導(dǎo)電性才可以產(chǎn)生隧道電流。 ? a) 恒電流模式： 在掃描過(guò)程中保持隧道電流的 大小 不變 ， 通過(guò)記錄 針尖高度 的變化來(lái)得到樣品的表面形貌信息。如果針尖的尖端只有一個(gè)穩(wěn)定的原子而不是有多重針尖，那么隧道電流就會(huì)很穩(wěn)定，而且能夠獲得原子級(jí)分辨的圖象。制備針尖的材料主要有金屬鎢絲、鉑 銥合金絲等。 因此，每次實(shí)驗(yàn)前，都要對(duì)針尖進(jìn)行處理，一般用化學(xué)法清洗，去除表面的氧化層及雜質(zhì)，保證針尖具有良好的導(dǎo)電性。 在這種情況下往往很難得到清晰的掃描圖象 。由于石墨在空氣中容易氧化 ， 因此在測(cè)量前應(yīng)首先將表面一層揭開(kāi) （ 通常用粘膠帶紙粘去表面層 ） ，露出石墨的新鮮表面 ， 再進(jìn)行測(cè)量 。通過(guò)對(duì)掃描所得的圖象進(jìn)行各種圖象處理，來(lái)分析未知樣品的表面形貌信息。 而在研究非導(dǎo)電材料時(shí)必須在其表面覆蓋一層導(dǎo)電膜 。利用光學(xué)檢測(cè)法和隧道電流檢測(cè)法，可以測(cè)得微懸臂對(duì)應(yīng)于掃描各點(diǎn)的位置變化，從而可以獲得樣品的表面形貌的信息。 （ MFM） ? 磁力顯微鏡 （ Magic Force Microscopy, MFM）也是使用一種受迫振動(dòng)的探針來(lái)掃描樣品表面 ，所不同的是這種探針是沿著其長(zhǎng)度方向磁化了的鎳探針或鐵探針 。 當(dāng)其在樣品表面掃描時(shí) ， 其振動(dòng)的振幅受到樣品中電荷產(chǎn)生的靜電力的影響 。 通過(guò)觀察針尖掃描時(shí)各點(diǎn)的基極 收集極電流 Ic和 Z電壓 Vz， 可以直接得到表面下界面結(jié)構(gòu)的三維圖象和表面形貌 。在滴管探針（或樣品）橫向掃描時(shí)，通過(guò)反饋控制電路使探針（或樣品）上下移動(dòng)以保持電導(dǎo)守恒，則探針運(yùn)動(dòng)的軌跡代表了樣品的表面形貌 。由于樣品是固體，
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