【正文】 從 Ni前表面散射的粒子具有由 E1=K0E 給出的能量，這里，在散射角為 170時(shí)， He散射的運(yùn)動(dòng)學(xué)因子對于 Ni為 ，對于 Si為 。 二次離子質(zhì)譜儀 二次離子進(jìn)入能量過濾器， 然后在質(zhì)譜儀中被收集和 分析，這便是二次粒子質(zhì) 譜儀。所有二次離子質(zhì)譜 儀都具有表面和元素深度 濃度分析能力。在一種操 作模式中，濺射離子束穿 過樣品并在樣品表面留下 蝕刻坑。為確保來自蝕刻 坑壁處的離子不被監(jiān)測。 檢測系統(tǒng)對于來自于蝕刻 坑中心部位的離子設(shè)計(jì)了 電致入門。 如圖所示，從 Ar轟擊 Al樣品 所得到的質(zhì)譜顯示，不僅有 一價(jià)離化原子 Al＋， 而且也有 二價(jià) Al2+、三價(jià) Al3+離化原子 和 4原子團(tuán)簇 Al2+ ， Al3+， Al4+，在大多數(shù)情況下，一階 離化原子的產(chǎn)額占主導(dǎo)地位。 二次離子質(zhì)譜儀 X射線光電子能譜 光電子的動(dòng)能與靶原子中的電子結(jié)合能 相關(guān)。在這一過程中，入射光子將整個(gè) 能量轉(zhuǎn)移給束縛電子。只要能測量出從 樣品中逃逸出來且沒有能量損失的電子 能量，則可提供樣品中所含元素的標(biāo)識。 如圖所示，光電子譜需要單色輻射源和 電子譜儀。對于所有電子光譜，其共同 點(diǎn)為電子的逃逸深度為 1～ 2nm，因此樣 品制備應(yīng)格外小心。同時(shí)也需要清潔真空 系統(tǒng)。 X射線光電子能譜 特征 X射線源最便捷的產(chǎn)生方法 是用電子轟擊 Mg或 Al靶。 X射線 連續(xù)韌致輻射，相對于特征 X射 線的強(qiáng)度，在產(chǎn)生軟 X射線的重 要性方面，要比硬 X射線差的多。 由電子對 Mg和 Al轟擊產(chǎn)生的 X 射線的一半是 KaX射線，連續(xù)譜 的貢獻(xiàn)幾乎觀察不到，這是因?yàn)? 韌致光譜分布在幾千電子伏特 而 KaX射線峰位中心只位于半高 寬為 1eV處，除了 Ka線外（如圖 （ a）所示），還存在低強(qiáng)度 的高能特征譜線，這些譜線對應(yīng) 于 Al靶中的電子激發(fā)。圖中， Al的 Ka1,2線由兩個(gè)相距為 ，它來自 于 2p態(tài)的自旋軌道劈裂。 光電子能譜 光譜顯示出在允許的能 量范圍內(nèi)，具有典型的 尖峰特征和延伸的能量 尾。譜的尖峰對應(yīng)著從 固體中逃逸出來的特征 電子能量。較高的能量 尾則對應(yīng)著電子經(jīng)受了 非彈性散射，在電子出 來的路徑上有能量損失， 因此以較低動(dòng)能出現(xiàn)。 ? 俄歇電子能譜基本原理 入射電子束和物質(zhì)作用，可以激發(fā)出原子的內(nèi)層電子。外層電子向內(nèi)層躍遷過程中所釋放的能量，可能以 X光的形式放出，即產(chǎn)生特征 X射線，也可能又使核外另一電子激發(fā)成為自由電子，這種自由電子就是俄歇電子。對于一個(gè)原子來說 ,激發(fā)態(tài)原子在釋放能量時(shí)只能進(jìn)行一種發(fā)射：特征 X射線或俄歇電子。原子序數(shù)大的元素，特征 X射線的發(fā)射幾率較大，原子序數(shù)小的元素，俄歇電子發(fā)射幾率較大，當(dāng)原子序數(shù)為 33時(shí)，兩種發(fā)射幾率大致相等。因此，俄歇電子能譜適用于輕元素的分析。 如果電子束將某原子 K層電子激發(fā)為自由電子， L層電子躍遷到 K層，釋放的能量又將 L層的另一個(gè)電子激發(fā)為俄歇電子，這個(gè)俄歇電子就稱為 KLL俄歇電子。同樣， LMM俄歇電子是 L層電子被激發(fā)， M層電子填充到 L層，釋放的能量又使另一個(gè) M層電子激發(fā)所形成的俄歇電子。 對于原子序數(shù)為 Z的原子 ,俄歇電子的能量可以用下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： EWXY(Z)=EW(Z)EX(Z)EY(Z+Δ)Φ () 式中， EWXY(Z)：原子序數(shù)為 Z的原子， W空穴被 X電子填充得到的俄歇電子 Y的能量。 EW(Z)EX(Z)： X電子填充 W空穴時(shí)釋放的能量。 EY(Z+Δ)： Y電子電離所需的能量。 因?yàn)?Y電子是在已有一個(gè)空穴的情況下電離的，因此，該電離能相當(dāng)于原子序數(shù)為 Z和 Z+1之間的原子的電離能。其中 Δ=1/21/3。根據(jù)式 ()和各元素的電子電離能，可以計(jì)算出各俄歇電子的能量，制成譜圖手冊。因此，只要測定出俄歇電子的能量，對照現(xiàn)有的俄歇電子能量圖表，即可確定樣品表面的成份。 由于一次電子束能量遠(yuǎn)高于原子內(nèi)層軌道的能量，可以激發(fā)出多個(gè)內(nèi)層電子，會(huì)產(chǎn)生多種俄歇躍遷，因此 ,在俄歇電子能譜圖上會(huì)有多組俄歇峰，雖然使定性分析變得復(fù)雜，但依靠多個(gè)俄歇峰 ,會(huì)使得定性分析準(zhǔn)確度很高，可以進(jìn)行除氫氦之外的多元素一次定性分析。同時(shí) ,還可以利用俄歇電子的強(qiáng)度和樣品中原子濃度的線性關(guān)系 ,進(jìn)行元素的半定量分析 ,俄歇電子能譜法是一種靈敏度很高的表面分析方法。其信息深度為 ,絕對靈敏可達(dá)到 103單原子層。是一種很有用的分析方法。 俄歇電子能譜 俄歇電子能譜 圖中給出俄歇輻射的躍遷過程， 在這一過程中原子終態(tài)留有 兩個(gè)空位。如果終態(tài)空位中的 一個(gè)與原空位處于同一殼層， 就會(huì)出現(xiàn) CosterKronig非輻射 躍遷。這一躍遷很重要，因?yàn)? 其遷移率比正常的俄歇遷移 高的多，從而影響俄歇譜線 的相對強(qiáng)度。 俄歇躍遷 圖中， Si的 KL1L2 和 L2,3V1V2俄歇 躍遷用 V1 和 V2 表示位于價(jià)帶態(tài) 密度極大位置。 俄歇電子光譜儀 圖中，圓筒式鏡面 分析儀內(nèi)部有一電子 槍，電子槍所發(fā)出的 電子束聚焦到樣品的 某一點(diǎn)。從樣品中發(fā) 射出來的電子從束孔 進(jìn)入，直接從 CMA出 孔出來，最終到達(dá)電 子倍增器中。電子通 過時(shí)的能量 E與加在 外筒的電位成正比。 俄歇電子能譜 圖中給出在 Si表面吸收 氧信號。一般地，少量污染物 C, N, O 很容易被檢測到，在俄歇測量中不能 檢測出 H，這是因?yàn)樵诙硇S遷過程中 至少需要 3個(gè)電子。 定量分析 圖中給出了 Cu基片在 沉積 Pd前后的 俄歇譜?？梢郧逦目? 到 Cu信號因 Pd覆蓋而 強(qiáng)烈的衰減，低能 Cu線 由于對 60eV電子具有較 小的逃逸長度而完全被 】 衰減，而高能線 918eV 只被部分削減。 俄歇剖面圖 俄歇電子譜的一個(gè) 優(yōu)點(diǎn)是它對質(zhì)量較小 雜質(zhì)的敏感性，如碳 或氧，它們通常是表 面或界面的污染物， 這些界面雜質(zhì)的存在 通過阻止相應(yīng)原子 擴(kuò)散而在薄膜中起到 破壞作用，在熱處理 后薄膜結(jié)構(gòu)的平面性 變差，經(jīng)常與這些污 染物有關(guān)。 電子顯微鏡顯微分析 電子顯微探針原理 由具有一定能量的電子所激發(fā)的特征 X射線 的檢測是電子顯微鏡分析組分的基礎(chǔ)。電子 顯微探針的最基本特征是樣品的某一區(qū)域 用精細(xì)聚焦電子束產(chǎn)生局域激發(fā)。由電子 激發(fā)的樣品的體積為微米量級，因此分析 技術(shù)經(jīng)常稱為電子探針顯微分析或電子顯微 探針分析，電子束可以沿表面掃描以給出 電子組分的橫向分布圖樣。 電子顯微探針 :定量分析 圖中顯示了 NiLa和 SiKa 線、產(chǎn)額比和 Si/Ni原子 比關(guān)系，電子束的能 量足夠低，以使電子的 穿入只局限于硅化物 表層，在 Si基片中產(chǎn)生 的 X射線最少。 薄膜結(jié)構(gòu)表征 薄膜結(jié)構(gòu)表征手段 X射線衍射 (XRD) 低能電子衍射 (LEED) 掠入射角 XRD 透射電鏡 (TEM)中的選區(qū)電子衍射 (SAD) 低能電子衍射 (LEED) 考慮具有波長 λ 的電子垂直撞擊到原子間距為 a的一個(gè)周期排列的原子，如圖 所示，當(dāng)電子被散射時(shí)，從一個(gè)原子出來的次波與相鄰原子的次波相干涉。當(dāng) 相干干涉發(fā)生時(shí)，將產(chǎn)生新的波前。相干干涉的條件是次波相長而非相消，因 此，它們必須同位相，即對于來自不同原子的波前沿散射方向波長差必須為整 數(shù)，這一相干干涉條件為： nλ ＝ asinθ 。 低能電子衍射 低能電子衍射 考慮圖中所示的幾何構(gòu)型以及對應(yīng)于零級衍射和一級衍射信號，在衍射點(diǎn)的角度差為： ? ?a/s in 1 ?? ???如果 λ /a=1/3,則 ???現(xiàn)在假設(shè) a～ 2a,則沿 原子列方向的原子密 度減半。結(jié)果是在原 來一組斑點(diǎn)之間出現(xiàn) 新的一組衍射斑，導(dǎo) 致周期性 “ 1/2級斑點(diǎn) ” 。 盡管根據(jù) LEED衍射圖標(biāo)定原子位置不是唯一的，但從真實(shí)空間原子的組態(tài)可以預(yù)言LEED衍射圖案的對稱性。圖中給出了立方晶體（ 100）表面的層結(jié)構(gòu)例子。在圖中的字母 P代表單胞為元胞，對于P(2*2)LEED衍射圖具有額外的、半級斑點(diǎn)，圖中字母 C代表單胞在中心處有一額外散射點(diǎn)，它在衍射圖中引起（ 1/2,1/2)斑點(diǎn)。 掠入射角 X射線衍射 圖中（ a）的衍射譜為純 Pd譜而沒有而沒有基底硅的反射，反射對應(yīng)于 Pd的點(diǎn)陣常數(shù)為 (111)和(222).完全反應(yīng)后形成 Pd2Si層的衍射譜，圖（ b）中所示則顯示出立方結(jié)構(gòu)的衍射峰。其點(diǎn)陣常數(shù)a=c=從 (110)變化到(203). 透射電子顯微鏡中的電子衍射 電子衍射圖如圖中所示。對于 單晶衍射為斑點(diǎn)，精細(xì)多晶為 環(huán)，大晶粒多晶且包含織構(gòu)則 為環(huán)加斑點(diǎn)。 透射電子顯微鏡 由于透射電子顯微鏡是容易損壞樣品的，因此，在連續(xù)底測試當(dāng)中，電子顯微鏡技術(shù)總是作為最后一步。在制備樣品方面，人們采用的不只是一種傳統(tǒng)底減薄技術(shù)，也可以制備橫截面 TEM樣品。 原子化學(xué)鍵合表征 原子化學(xué)鍵合表征手段 電子能量損失譜 (EELS) 擴(kuò)展 X射線吸收 紅外吸收譜 拉曼散射譜 電子能量損失譜的基本原理 入射線（不管 是光子還是電子） 具有足夠的能量以 進(jìn)入固體深處，經(jīng) 歷非彈性碰撞，并 從而激發(fā)處到表面 損失能量 的電子 ，將以較低的能量 離開固體薄膜，并 貢獻(xiàn)了背底信號或 在主信號峰以下 延伸幾百電子伏特 的帶尾。 E?電子能量損失譜分析 圖中是 40nm厚的 NiSi2的電子能量損失譜，能量范圍從 0到 138V，最高峰為等離子體激子振蕩峰。在高能區(qū)有 NiM23和 SiL23芯能級激發(fā)峰，其強(qiáng)度分別被放大 100倍和 350倍。在 EELS譜中分辨不出多重散射，表明在 NiM邊緣前的 Ni低能損失區(qū)的背底，主要來自于等離子體激發(fā)峰的峰尾。 X射線吸收 X射線光電子譜和 X射線吸收 譜都依賴于光電效應(yīng)，它們 各自的實(shí)驗(yàn)裝置示于圖的上 部。在 XPS中，束縛電子如 K殼層電子背激發(fā)出樣品外， 成為自由電子。因尖銳峰出 現(xiàn)在光電譜中，光電子的動(dòng) 能能較好定義。在 X射線吸收 譜中，當(dāng)束縛電子被激發(fā)到第 一未被占據(jù)能級時(shí)，就會(huì)出現(xiàn) 吸收邊。 傅立葉變換紅外吸收光譜 (FTIR) 拉曼光譜 (RAMAN) 圖中主要元件為激光源、光路系統(tǒng)、 分光系統(tǒng)、檢測記錄系統(tǒng)。激光源 種類較多，其中以氬激光器為最常用。 現(xiàn)已開發(fā)出紫外激光源等產(chǎn)生不同 頻率光的激光源。 薄膜應(yīng)力表征