[理學(xué)]電子能譜學(xué)第11講低能離子散射譜iss-全文預(yù)覽
【正文】 n面盡管鋅原子層下面就是硫原子層，但只要適當(dāng)?shù)剡x擇入射角度， ISS譜上只見到鋅的譜線而不見硫譜線。若改變?nèi)肷浞较颍瑒t可能看見第二層原子的譜峰。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)。為了解釋這種現(xiàn)象，人們不得不認(rèn)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。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。因此，散射產(chǎn)物的利用率很低。a＝ ，是氫原于的第一玻爾軌道半徑。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)。 ? 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。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(xué)化學(xué)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。實驗過程中．散射室的壓力應(yīng)在 l 10－ 9托或更低。離子由一個負(fù)偏置電極通過一個小光闌從離子源取出，再通過透鏡系統(tǒng)形成離子束。 ? 低能離子散射譜儀比較簡單 ,除激發(fā)源為離子槍外 ,其它如超高真空室、能量分析器和檢測器等均相同于ＸＰＳ譜儀 ,只不過此時能量分析和檢測的是正離子而不再是電子 ； ISS裝置 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 8 ISS儀器原理圖 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 9 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 10 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 11 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 12 離子源 ? 離子是由離子槍產(chǎn)生的，通常是用電子轟擊壓力為 5 l0－ 6到 l0－ 3托的氣體而得到。 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 7 ? 用低能離子散射進(jìn)行表面分析其基本方法非常簡單。低能譜上尖銳的特征峰代表了深度只有幾埃處的散射．高能離子散射時探測深度大得多，得到的譜一般很寬． ? 由于高能離子散射的探測深度較大，所以用它進(jìn)行薄膜分析和表層分析。實驗證實了低能離子與固體原子的碰撞主要為彈性碰撞。這表明低能離子散射不僅能作化學(xué)成分分析，還能作表面結(jié)構(gòu)分析 ； ? 從此以后， ISS開始成為一種表面分析手段； 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 4 ISS概念 ? 在離子同固體表面的相互作用下，若檢測的粒子是經(jīng)表面碰撞后背散射出來的入射離子，測量它們碰撞后損失的動能，可獲得有關(guān)表面原子的種類及晶格排列等信息。電子能譜學(xué) 第 11講 低能離子散射譜（ ISS） 朱永法 清華大學(xué)化學(xué)系 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 2 內(nèi)容提要 ? ISS的概念和基礎(chǔ) ? ISS可以提供物理化學(xué)信息 ? ISS的研究對象 ? ISS的信息特點 ? ISS的應(yīng)用領(lǐng)域 吸附，反應(yīng)，偏析 ,結(jié)構(gòu)等 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 3 發(fā)展歷史 ? 低能離子散射作為一種表面分析方法是由 Smith首先提出的 ； ? 使用 He、 N e和 Ar作為離子束，能量為 — 。后來 Smith又根據(jù)峰的相對高度識別出硫化鎘單晶體的鎘面和硫面。 RBS的發(fā)展也很快，當(dāng)能量分辨率足夠高時，可以無損地進(jìn)行納米薄膜厚度的分析； 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 5 ? 低能離子散射被用來研究離子與固體表而的相互作用。 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 6 ISS與 RBS的比較 ? 低能離子散射是真正的表面方法。而在低能散射時．還必須考慮電子對原子核的屏蔽作用。 ? 在單晶靶的情況下，隨入射角和反射角的變化會產(chǎn)生不同的峰位和相對高度，由此還可得到表面結(jié)構(gòu)的信息。離子源處于正加速電位。 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 13 真空系統(tǒng)和散射室 ? 低能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。 ? 對表面結(jié)構(gòu)的研究還應(yīng)能對靶表面進(jìn)行就地清潔和通過退火保持有序表面，并能適當(dāng)控制氣體量以進(jìn)行吸附研究。入射到倍增器的離子需加速至 3千電子伏以增加靈敏度。 ? 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。 測出ｍ 2,進(jìn)而確定樣品的表面組成 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 18 清華大學(xué)化學(xué)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)。此勢函數(shù)表達(dá)為： ? 式中 r是原子核間的距離， a是電子
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