第12章 X射线光谱分析法12.3 光电子能谱与光探针.ppt

第十二章 X射线光谱和表面分析法
第三节
光电子能谱与光探针分析法
概述
光电子能谱分析
X射线光电子能谱分析法
紫外光电子能谱分析法
X-ray spectrometry and surface analysis
Photoelectron spectroscopy and photo-probes
2017/11/11
表面分析
技术表面、物理表面、界面;
表征:单原子层~几微米;内部表面,薄膜分析;
建立在:光子、电子、离子与材料表面的相互作用;
电子探针:~1m的电子束。
2017/11/11
表面分析
探针(光子、电子、离子)与材料表面的相互作用,从样品表面发射及散射电子、离子、光子、中性粒子(原子或分子)等,检测这些微粒的能量、束流强度,获得样品微区、及表面的形貌、原子结构(原子排列)、化学组成、价态和电子态(电子结构)等信息。
方法:光、电子能谱、离子散射能谱、电子显微镜。
Siegbahn(光电子能谱),1981年诺贝尔奖;
Ernst Ruska(电子显微镜),Gerd Binnig和Heinrich Rohrer(隧道扫描电子显微镜),共获1986年诺贝尔奖。
2017/11/11
2017/11/11
光电子能谱分析
电子能谱法:光致电离;
A + h A+* + e
h
紫外(真空)光电子能谱
h
X射线光电子能谱
h
Auger电子能谱
单色X射线也可激发多种核内电子或不同能级上的电子,产生由一系列峰组成的电子能谱图,每个峰对应于一个原子能级(s、p、d、f)。
2017/11/11
两个基本概念:光电离几率和电子逃逸深度
自由电子产生过程的能量关系:
h= Eb+ Ek+ Er ≈ Eb+ Ek
Eb:电子电离能(结合能); Ek:电子的动能;
Er :反冲动能。
光电离几率(光电离截面):一定能量的光子在与原子作用时,从某个能级激发出一个电子的几率;
与电子壳层平均半径,入射光子能量,原子序数有关;
轻原子:  1s /  2 s ≈20
重原子: 同壳层随原子序数的增加而增大。
2017/11/11
电子逃逸深度
电子逃逸深度:逸出电子的非弹性散射平均自由程。
:~2nm;
~4nm ;
有机和高分子4~10nm ;
通常:取样深度 d = 3;
表面无损分析技术。
2017/11/11
电子结合能
原子在光电离前后状态的能量差:
Eb= E2 – E1
气态试样: Eb=真空能级–电子能级差
固态试样:(选Fermi能级为参比能级)
Eb= h–sa – Ek' ≈ h–sp – Ek
Fermi能级:0K固体能带中充满电子的最高能级。
功函数:电子由Fermi能级自由能级的能量。
每台仪器的sp固定,与试样无关,约3 ~ 4eV。Ek可由实验测出,故计算出Eb 后确定试样元素,定性基础。
2017/11/11
电子结合能
2017/11/11