[理學(xué)]電子能譜學(xué)第11講低能離子散射譜iss(編輯修改稿)
2025-01-04 00:58 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 面散射時具有大的散射截面意味著表層原子對入射離子的遮蔽作用大，亦即在入射離子的路徑上，若表面第二層原子恰好處在最表層原子的下面，則 ISS譜峰中將看不到第二層原子的譜線。若改變?nèi)肷浞较?，則可能看見第二層原子的譜峰。這便是 ISS所具有的陰影效應(yīng)。 ? 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。例如，歷史上 ISS譜曾成功地確定了 ZnS晶體的二個不同極化面。 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 26 如圖 8— 16所示，在 Zn面盡管鋅原子層下面就是硫原子層，但只要適當?shù)剡x擇入射角度， ISS譜上只見到鋅的譜線而不見硫譜線。 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 27 荷電效應(yīng) ? 荷電效應(yīng)及其處理當樣品為絕緣體時 ,必須考慮表面電荷積累所引起的實驗結(jié)果偏差 荷電位移。 ? 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。 ? 另外可將粉末樣品均勻地壓在柔軟金屬 (如Ｉｎ等 )上 ,也能有效地消除電荷積累 ,并且這層金屬還可作為散射離子能量的標準物 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 28 1KeV He+離子在Ａｇ箔上的離子散射譜 ａ )接地 ｂ )樣品不接地ｃ )樣品不接地同時使用電子中和槍 1. 圖 1ａ中在 19ｅＶ處另有一較強和較寬的離子峰 ,該峰的能量與質(zhì)量比基本無關(guān) ,它是Ｈｅ +離子轟擊時表面發(fā)射的二次離子峰 2. 1ｂ是Ｈｅ +離子在樣品 2表面的ＩＳＳ譜 .887ｅＶ處的散射離子峰不見了 ,表面發(fā)射的二次離子峰則移到了大約 555ｅＶ處 .我們推測這種峰位移是樣品荷電效應(yīng)所致 3. 當繼續(xù)增大燈絲電流和增加中和低能電子時 ,濺射二次離子峰和散射的Ｈｅ +離子峰不再移動 ,見圖 1ｃ 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 29 表面成分分析 ? Smith發(fā)現(xiàn)，散射產(chǎn)額和覆蓋率之間有線性關(guān)系。 ? 發(fā)現(xiàn)以準單層的覆蓋率吸附到鎳上的硫和氧其散射強度與表面覆蓋率也有線性關(guān)系。 ? 從這種線性關(guān)系得出的結(jié)論是，在此范圍內(nèi)，中和效率與覆蓋率無關(guān)。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。 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 30 1. 硫／鎳峰值比與硫的覆蓋率的關(guān)系 2. 覆蓋率與 ISS結(jié)果有線性關(guān)系 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 31 入射離子及其能量的選擇 ? 入射離子選用惰性氣體離子 (如 He+、 Ne+、 Ar+等 )時 ,具有中和化幾率高的特點。為了得到合適信號 ,必須有較大的束流 (1013～ 1014離子 /ｃｍ 2)。 ? 要進行真正的單層檢測必須使用能量較低的入射離子 ,這還可減弱濺射效應(yīng)。但是入射離子能量也不能過低 ,否則散射效應(yīng)減弱。 ? 對于常用的離子 原子對 ,能量范圍在幾百電子伏到幾千電子伏。 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 32 角度的選擇 ? ＩＳＳ實驗中需要考慮的角度有三個 :入射角、散射角和方位角 (對單晶樣品而言 ,為繞樣品法線旋轉(zhuǎn)的角度 )。 ? 表面原子對其它原子的遮蔽 (或陰影）。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)。 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。 ? 在 θ=180176。 時 ,有最大質(zhì)量分辨率。但須注意 ,隨著散射角的增大 ,散射截面積減小 ,因而訊號也減小。 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。 ? ＩＳＳ對不同元素的靈敏度變化范圍為 3～ 10,不存在明顯的基體效應(yīng)。 ? 定量準確度～ 10%,檢測限～ 0 1%原子單層。 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實驗室 35 進展 ? 最近一種稱為頂頭碰撞背向散射ＩＳＳ (ＣＡＩＣＩＳＳ )[107]已被用作確定表面和次表面區(qū)原子結(jié)構(gòu)大有希望的工具。 ? 新技術(shù)的兩個本質(zhì)特點是 :(1)允許在散射角近于 180176。 時測量散射離子強度 。(2)用經(jīng)典的散射截面近似計算面內(nèi)散射強度 ,簡化了方法。 ? 從ＣＡＩＣＩＳＳ數(shù)據(jù)引出的結(jié)構(gòu)信息 ,主要是基于對強度的角度變化有貢獻的多重散射的大角度 (～ 18017
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