【文章內(nèi)容簡介】 的應(yīng)用 ? 通過測定和解釋 AES的特征能量、強度、峰位移、譜線形狀和寬度等信息，能獲得固體表面的組成、濃度、化學(xué)狀態(tài)等多種情報。 ? 1. 元素的定性和定量分析 ? AES定量分析依據(jù)：俄歇譜線強度。強度表示法：指微分譜中正、負兩峰間距離，稱峰到峰高度。 ? 因影響俄歇譜線強度因素很多，故定量分析較復(fù)雜，精度低，只能半定量結(jié)果。 ? 2. 微區(qū)分析： 利用俄歇能譜面分布或線分布分析就是微區(qū)分析。 ? 3 .狀態(tài)分析 ? 狀態(tài)分析： 對元素結(jié)合狀態(tài)的分析。它是利用俄歇峰的化學(xué)位移，譜線變化（峰出現(xiàn)或消失），譜線寬度和特征強度變化等信息，可推知被測原子的化學(xué)結(jié)合狀態(tài)。 36 ? 4 .深度剖面分析 ? 利用 AES可得到元素在原子尺度上的深度方向的分布。 ? 方法：通常采用惰性氣體離子濺射的深度剖面法；因濺射速率取決于被分析的元素，離子束種類、入射角、能量和束流密度等多因素，濺射速率難以確定，一般用濺射時間表示深度變化。 37 ? 5 . 界面分析： ? 用 AES研究元素的界面偏聚時，須暴露界面（如晶界面，相界面，顆粒和基體界面等。 ? 一般利用樣品沖斷裝置，在超高真空中使試樣沿界面斷裂，得到新鮮的清潔斷口，然后以盡量短的時間間隔，對該斷口進行俄歇分析。 ? 對在室溫不易沿界面斷裂的試樣，可采用在液氮冷卻等措施。也可用金相法切取橫截面，磨平，拋光或適當腐蝕顯示組織特征，然后再進行俄歇圖像分析。 38 俄歇電子能譜的應(yīng)用 ? 俄歇電子能譜的應(yīng)用： ? 在材料科學(xué)研究中，俄歇電子能譜的應(yīng)用有： ? ① 材料表面的偏析，表面雜質(zhì)分布； ? ② 金屬、半導(dǎo)體、復(fù)合材料等的界面研究； ? ③ 薄膜、多層膜生長機理的研究； ? ④ 表面的力學(xué)性質(zhì)（如磨擦、磨損、粘著、斷裂）研究； ? ⑤ 表面化學(xué)過程（如腐蝕、鈍化、催化、晶間腐蝕、氧化等）研究； ? ⑥ 固體表面的吸附、清潔度、沾染物鑒定等。 39 應(yīng)用舉例（ 1） ? 1 . 地質(zhì)、礦物： ? 下圖為由 阿波羅宇宙飛船帶回地球的月球塵埃顆粒 的俄歇譜。測出一個顆粒含 Si、 C、 O和 Fe，另一個顆粒組成元素含 Ca、 Ti、 O、 Al和 Si，注意的是：后者沒探測到 C。 40 應(yīng)用舉例（ 2） ? 2. 氧化和腐蝕： ? 利用 AES研究添加 3%、 9%、 12%和 18%Cr的 FeCr合金在 400℃ 溫度下形成氧化物的組成和性能。 ? 氧化物組分深度剖面分析表明：添加 3%Cr合金的氧化層主要由鐵組成。而 ≥9%Cr合金形成層狀氧化物，即外層存在 Fe2O3，內(nèi)層是 Fe3xCrxO4，靠近基體的為鉻氧化物和 Fe。說明添加 Cr≥9%合金推遲了氧化物的生長。 41 應(yīng)用舉例（ 3） ? 3. 斷裂原因分析： 如 后，在 396594℃ 回火后緩冷 ，產(chǎn)生明顯的回火脆性。 ? 斷口 AES分析表明：斷口上除含 Fe、 Ni、 Cr、 C的元素譜線外，還有較強的 P的俄歇譜線， P含量約 %。離子刻蝕后，再測試發(fā)現(xiàn)：晶界上 P富集顯著，比晶內(nèi)高 235倍，而在晶界兩側(cè)迅速下降，在表面下 。 ? 說明： P的晶界富集 確是產(chǎn)生回火脆性的重要原因。 42 第二節(jié) 低能電子衍射 43 低能電子衍射 ? 低能電子衍射： ? 是指利用 10～ 500eV能量的入射電子束，照射晶體樣品表面，通過 彈性背散射電子波 的相互干涉產(chǎn)生衍射（花樣）現(xiàn)象，來對 固體表面結(jié)構(gòu) 進行 分析 。 ? 二維衍射： 因樣品物質(zhì)與電子的強烈相互作用，使參與衍射的只是樣品表面一個原子層；即使是稍高能量 (≥ l00eV)的電子束，也大約 2～ 3層原子，即二維的方式衍射。 ? 低能電子衍射：成為固體表面結(jié)構(gòu)分析極為有效的工具。 44 一、二維點陣的衍射 ? 樣品表面清潔要求： ? 為 防止表面 吸附雜質(zhì) 而 產(chǎn)生額外的衍射效應(yīng)， 故保持樣品表面清潔十分重要。 據(jù)估計 ： ? 在 10－ 4Pa真空 ： 表面吸附層單原子層只需一秒鐘； ? 在 10－ 7Pa真空 ： 約需 1000秒鐘左右。 ? 低能電子衍射裝置 ：為 防止污染 ， 須采用無油真空系統(tǒng)，以離子泵、升華泵等抽氣并輔以 250℃ 左右烘烤 。 ? ? 樣品室 真空度 ： 應(yīng) 提高到 10—8 Pa數(shù)量級 ； 用離子轟擊 、 凈化樣品表面 ， 并以液氦冷卻 。 ? 以保證吸附雜質(zhì)原子不產(chǎn)生額外的衍射效應(yīng) 。 45 一、二維點陣的衍射 1. 一維周期點陣： （ 單位平移矢量為 a） ? 對由散射質(zhì)點 （ 原子 ） 構(gòu)成的一維周期性點陣 ， 當波長為λ 的 電子波垂直入射時 ， 則在與入射反方向相交成 φ 角的背散射方向上 ， 將得到相互加強的散射波 。 asinφ ＝ hλ ? 則：衍射方向：以入射反向為軸 ， 半頂角為 φ 和 φ ˊ 的兩圓錐面的交線 ， 這就是熟知的 二維勞厄條件 。 2. 二維 周期點陣 ： 平移矢量為 a和 b， 則衍射還需滿足另條件： bsinφ ˊ=k λ 46 與 X射線的一維、二維衍射的相似 ??????KbHa????)c o s( co s)c o s( co s00?一維原子列的衍射 二維點陣衍射 47 二維點陣衍射的倒易點陣 ? 用 倒易點陣 處理 二維點陣衍射 問題： ? 設(shè)點陣常數(shù)為 a和 b的二維點陣 (a)，定義一個相應(yīng)的倒易點陣圖 (b)，其點陣常數(shù)為 a﹡ 和 b﹡ ，滿足如下關(guān)系： 二維點陣 (a)及其倒易點陣 (b) aa﹡ ＝ bb﹡ ＝ 1 ab﹡= b a﹡= 0 a﹡ =b/A， b﹡ =a/A 其中 A＝ ︱ a b︱ 是二維點陣的“單胞”面積。 則在倒易點陣中， 倒易矢量 ghk垂直 于 (hk)點列，且 ghk＝ 1／ dhk dhk為 (hk)點陣的間距。 48 二維點陣衍射 的 愛瓦爾德球 作圖法 ? 二維點陣衍射 的 愛瓦爾德球 作圖法： ? 對單原子層的二維點陣，其厚度僅為晶體此原子面的間距(如 ： 簡單立方， (001)原子層的厚度為 c)。 ? 故其 每個 倒易陣點 hk均在原子面的法線方向上 擴展為很長的倒易桿。 ? 因 低能電子衍射，入射波波長 約 λ ＝ ～ ，與固體原子間距 相當 ， 故其 愛瓦爾德球的半徑 k=（ 1／ λ ） 也與 g相差不大，倒易桿將與球面相交兩點 A和 Aˊ 。 ? 在背散射方向上衍射波矢量 kˊ 。 49 二維點陣衍射的布拉格定律 ? 在愛瓦爾德球作圖法中，可得 kˊsin φ =g 則， d sinφ =λ 即 這就是 二維點陣衍射的布拉格定律。 50 ? 若樣品表面存在吸附原子，且呈規(guī)則有序排列（如圖 a）。 ? 若吸附原子在基體的平移矢量方向上的間距為 2a和 2b，則其倒易矢量為 a﹡ /2和 b﹡ /2。 ? 則在倒易點陣（圖 (b)）中，將在原有陣點的一半位置上出現(xiàn) 超結(jié)構(gòu)陣點 ，用空心圓點表示。此時，與原先 “ 清潔 ” 表面相比，衍射花樣中也必將出現(xiàn)額外的 超結(jié)構(gòu)斑點 。 因吸附原子有序排列形成的 二維點陣超結(jié)構(gòu) (a)及其倒易 點陣 (b) 51 二、衍射花樣的觀察和記錄 ? 如圖常見的一種 低能電子衍射裝置 示意圖。 ? 從 電子槍 鎢絲發(fā)射熱電子，經(jīng)三級聚焦杯加速、聚焦并準直成平行電子束，照射到樣品 (靶極 )表面。 ? 電子束束斑： 約 ～ 1mm，發(fā)散度約 10。 ? 樣品： 處于半球形接收極的中心，在樣品與接收極之間有3～ 4個半球形的網(wǎng)狀柵極。 ? 柵極 G1： 與樣品同電位 (接地 )，使靶極與 G1間保持為無電場空間，使低能量的入射和衍射電子束不發(fā)生畸變。 52 ? 柵極 G2： 和 G3相聯(lián)，并有略大于燈絲（陰極