【正文】 0 keV連續(xù)可調(diào)的偏振光 。 它不僅能探測表面的化學(xué)組成 ， 而且可以確定各元素的化學(xué)狀態(tài) ， 因此 ，在化學(xué) 、 材料科學(xué)及表面科學(xué)中得以廣泛地應(yīng)用 。 材料的表面分析基本內(nèi)容及相應(yīng)分析方法 ? 1 元素的定性定量組成分析 XPS AES SIMS ISS XRF EELS ? 2 元素組成的選區(qū)和微區(qū)分析 SAX iXPS AES SIMS ? 3 元素組成的面分布分析 iXPS SAM SSM ? 4 元素的化學(xué)狀態(tài)分析 XPS AES XAES SIMS EELS ? 5 原子和分子的價帶結(jié)構(gòu)分析 UPS INS XPS ? 6 分子中化學(xué)鍵官能團(tuán)分子量分子結(jié)構(gòu)式的分析 SIMS RAIRS ? SERS EELS ? 7 痕量元素和痕量雜質(zhì)分析 SIMS XRF ? 8 表面點陣結(jié)構(gòu)分析 LEED RHEED ILEED LEELS SEXAFS ? 9 表面形貌分析 STM AFM APFIM FEM ? 10 材料的縱深分析 SIMS AES XPS XPS ?? 引言 ? X射線光電子譜是重要的表面分析技術(shù)之一 。 XPS ?? X射線光電子譜儀 ?X射線光電子譜儀 X射線 Mg 靶 Al 靶 能量 (eV) 相對強(qiáng)度 能量 (eV) 相對強(qiáng)度 K?1 K?2 K?’ K?3 K?4 K?5 K?6 K? XPS ?? X射線光電子譜儀 ?X射線光電子譜儀 ? 作為 X射線光電子譜儀的激發(fā)源 ， 希望其強(qiáng)度大 、 單色性好 。 XPS ?? X射線光電子譜儀的能量校準(zhǔn) ? 能量坐標(biāo)標(biāo)定 Schon 1972 Johansson 1973 Asami 1976 Richter 1978 Bird 1980 Cu 3p Au 4f7/2 Ag 3d5/2 Cu 2p3/2 Cu LMM,EK EB， EF ref 分析儀器 ? ? ? ? Pd AEIES100 ? ? ? ? ?.2 Pd Maqnelic Pd AEIES200 Pd AEIES200 ? ? ? ? ? Pd AEIES200B XPS ?? X射線光電子譜儀的能量校準(zhǔn) ?能量坐標(biāo)標(biāo)定 Al K? Mg K? Cu 3p Au 4f7/2 Ag 3d5/2 Cu L3MM Cu 2p3/2 Ag M4NN ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Seah給出的結(jié)合能標(biāo)定值 XPS ?? X射線光電子譜儀的能量校準(zhǔn) ?荷電效應(yīng) ? 用 XPS測定絕緣體或半導(dǎo)體時 ， 由于光電子的連續(xù)發(fā)射而得不到足夠的電子補(bǔ)充 ， 使得樣品表面出現(xiàn)電子 “ 虧損 ” ， 這種現(xiàn)象稱為 “ 荷電效應(yīng) ” 。 XPS ?? XPS中的化學(xué)位移 ?化學(xué)位移 三氟乙酸乙脂中四個不同C原子的 C1s譜線。 ? 光電子譜線 ： 在 XPS中 ， 很多強(qiáng)的光電子譜線 一般是對稱的 ， 并且很窄 。 XPS ?? XPS分析方法 ?定性分析 譜線的類型 ? 能量損失峰 ： 對于某些材料 ， 光電子在離開樣品表面的過程中 ， 可能與表面的其它電子相互作用而損失一定的能量 ， 而在 XPS低動能側(cè)出現(xiàn)一些伴峰 ，即能量損失峰 。 ? 其次 ， 化學(xué)環(huán)境的變化將使一些元素的光電子譜雙峰間的距離發(fā)生變化 ， 這也是判定化學(xué)狀態(tài)的重要依據(jù)之一 。 表面重構(gòu) 、表面吸附體的形態(tài)和位置 ， 以及由吸附體引起的表面重構(gòu)等 ． 硅 111面 7? 7原子重構(gòu)象 為了得到表面清潔的硅片單質(zhì)材料，要對硅片進(jìn)行高溫加熱和退火處理，在加熱和退火處理的過程中硅表面的原子進(jìn)行重新組合，結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，這就是所謂的重構(gòu) 。 二、基本原理 隧道電流 I是電子波函數(shù)重疊的量度 ， 與針尖和樣品之間距離 S以及平均功函數(shù) Φ有關(guān)： 12e x p ( )bI V A S? ? ?三、 掃描隧道顯微鏡的工作原理 ?隧道電流強(qiáng)度 I對針尖和樣品之間的距離有著指數(shù)依賴關(guān)系，當(dāng)距離減小 ，隧道電流即增加約一個數(shù)量級。針尖的化學(xué)純度高，就不會涉及系列勢壘。 四 、測量用樣品 ? 1． 光柵樣品 ? 理想的光柵表面形貌如右圖 ，為 1μm X 1μm的光柵表面形貌圖 。 因為此時要得到的是原子的排列圖象 ， 而任何一個外界微小的擾動 ， 都會造成嚴(yán)重的干擾 。 導(dǎo)電膜的存在往往掩蓋了樣品的表面結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié) 。 當(dāng)這一振動探針接近一塊磁性樣品時 ， 探針尖端就會像一個條狀磁鐵的北極和南極那樣 ， 與樣品中磁疇相互作用而感受到磁力 ，并使其共振頻率發(fā)生變化 ， 從而改變其振幅 。 （ SICM） ? 掃描離子電導(dǎo)顯微鏡是由 Hansma等人設(shè)計的一種用于生物學(xué)和電生理學(xué)研究的微觀探測儀器。通過反饋回路調(diào)節(jié)針尖與樣品間距，從而控制恒溫掃描，和獲得樣品表面起伏的狀況。 表面光電壓譜 (Surface Photovoltage Spectrum, SPS) ? 工作原理 ? 表面光伏技術(shù)分類 ? 表面光伏與其它光物理過程的關(guān)系 ? 影響表面光伏測量的因素 表面光電壓譜法 表面光伏 (SPV)方法是一個很好的表面表征技 術(shù)，基于分析光誘導(dǎo)表面電勢的變化，這個技術(shù)被廣泛用于了解各種 半導(dǎo)體表面、界面和體相的信息 。 帶 帶躍遷使表面能帶彎曲減小 . 在自建電場作用下 ,光生電子由表面移向體相 . 在自建電場作用下 ,光生空穴由表面移向體相 . 雙面接觸的 n型半導(dǎo)體，一側(cè)保持暗態(tài) (左側(cè) )，另 一側(cè)受光照射 (右側(cè) )，兩側(cè)表面勢壘高度 (Vs)的變化。 電子越過顆粒接觸處表面勢壘的速率（即電導(dǎo)）正比于表面導(dǎo)帶的電子密度 ns，而 ns為表面費(fèi)米能級 EF的函數(shù)。 σ=σ0 exp[(EcsEt)/kT