9纳米材料的观测之eds

1、纳米材料的观测1X射线衍射（XRD）能谱分析（EES）扫描电镜（SEM）透射电镜（TEM）扫描隧道显微镜（STM）原子力显微镜（AFM）纳米材料的观测2X射线衍射（XRD）能谱分析（EDS）扫描电镜（SEM）透射电镜（TEM）扫描隧道显微镜（STM）原子力显微镜（AFM）纳米材料的观测3如何知道纳米材料的组份？如何知道固体表面或者气体分子中各元素的化学价态？如何了解各元素在物质中的化学环境？如何知道在固体表面上元素的吸附状态？ X射线衍射（XRD），扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），高分辨电镜（HREM），扫描隧道显微镜（STM），原子力显微镜（AFM） 形貌观察晶体结构、结构分析（内部

2、结构、表面及微区结构） 粒度及粒度分布电子能谱4引言紫外光电子能谱(UPS)X射线光电子能谱（XPS）俄歇电子能谱（AES）引言电子能谱仪简介5引言电子能谱的基本原理Electron energy spectrum电子能谱6引言一个原子或者分子，被一束足够能量的粒子/光子入射，可将电子从原子或者分子中撞击出来。电子能谱法就是利用特定能量的粒子/光子入射，探测出电子的动能，以研究电子脱离原子核的束缚能及其所处的轨道，来了解材料的组织及结构。材料光子、电子电子电子能谱的基本原理7引言-电子能谱的基本原理ElectronphotonXPSUPSAES8常见的电子能谱法：引言AES Auger电子光谱

3、法（ Auger electron spectroscopy ）：UPS紫外光放射光谱法(UV photoemission spectroscopy):ESCA化學分析電子光譜法(electron spectroscopy for chemical analysis) ：单能量X-ray由不同原子能階打出 電子；測量電子能量光譜。可打出更內層的電子，較Auger電子能譜更準確。入射高能电子或者X射线，打出原子的内层电子，而外层的电子会落入此空轨道内；放出的能量给与另一个外电子，就是射出的Auger电子。单能量的UV射线，由不同的原子能级打出电子；测量电子的能量光谱。9X-ray Photoel

4、ectron Spectroscopy (XPS)ESCA化學分析電子光譜法：(electron spectroscopy for chemical analysis) X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), also known as Electron Spectroscopy for Chemical Analysis (ESCA) is a widely used technique to investigate the chemical composition of surfaces.引言10XPS and EDSEDS/EDX processC

5、haracter X rayElectronEnergy dispersive x-ray spectroscopy (EDS)：X光能量色散谱。XPS processX rayX-ray photoelectron spectroscopy (XPS) ：X光电子能谱引言X光电子能谱11能量关系可表示： 原子的反冲能量忽略 (0.1eV）得电子结合能电子动能基本原理就是光电效应。引言-电子能谱的基本原理12引言-电子能谱的基本原理对孤立原子或分子， 就是把电子从所在轨道移到真空需的能量，是以真空能级为能量零点的。13引言-电子能谱的基本原理对固体样品，必须考虑晶体势场和表面势场对光电子的束缚

6、作用，通常选取费米(Fermi)能级为 的参考点。0k时固体能带中充满电子的最高能级14功函数样品引言-电子能谱的基本原理脱出功15引言-电子能谱的基本原理？16引言-电子能谱的基本原理费米能级！脱出功！12样品和仪器的费米能级和脱出功!17引言-电子能谱的基本原理样品仪器费米能级！脱出功！18引言-电子能谱的基本原理样品仪器19功函数为防止样品上正电荷积累，固体样品必须保持和谱仪的良好电接触，两者费米能级一致。实际测到的电子动能为：仪器功函数引言-电子能谱的基本原理谱仪的功函主要由谱仪材料和状态决定，对同一台谱仪基本是一个常数，与样品无关，其平均值为34eV。 20引言-电子能谱的基本原理?

7、2122引言-电子能谱的基本原理激发源与研究技术XPSUPS23特征：XPS采用能量为 10001500eV的射线源，能激发内层电子。各种元素内层电子的结合能是有特征性的，因此可以用来鉴别化学元素。UPS采用He I(21.2eV)或He II(40.8eV)作激发源。 与X射线相比能量较低，只能使原子的价电子电离，用于研究价电子和能带结构的特征。AES大都用电子作激发源，因为电子激发得到的俄歇电子谱强度较大。引言-电子能谱的基本原理24引言-电子能谱的基本原理光电子或俄歇电子，在逸出的路径上自由程很短，实际能探测的信息深度只有表面几个至十几个原子层，光电子能谱通常用来作为表面分析的方法。25

8、预备知识-分子的振动和转动引言-电子能谱的基本原理处于材料内部的分子、原子及电子的行为受环境的影响产生一系列的变换。26预备知识-分子的振动和转动对于原子而言，原子的能量是量子化的，只能取某些确定值。例如，He原子，在中心场近似下，各能级是1s2、1s2s、1s2p、1s3s等。当原子从一个状态变化到另一个状态时，伴随着电子的跃迁，将吸收或发射光子。由于原子的能量只能取某些特定值，跃迁时吸收或发射的光的频率也只能是某些特定值，反映在光谱上是一些分立的谱线。因此，原子光谱是线状光谱。 引言-电子能谱的基本原理27预备知识-分子的振动和转动引言分子的运动比原子复杂，不仅要考虑电子的运动，还要考虑核

9、的运动。28预备知识-分子的振动和转动引言29预备知识-分子的振动和转动引言Vibrations of CO2n1 = 1353.6 cm-1S+g Symmetryn2 = 672.6 cm-1Pu Symmetryn3 = 2396.3 cm-1S+u Symmetry30预备知识-分子的振动和转动引言Vibrations of CF4 31water_librational_mode32分子内部运动总能量为其中， Ee是电子的能量，它包括纯电子能量和核间排斥能(纯电子能量则包括电子的动能、电子间的排斥能、电子与核之间的吸引能)；Ev是核的振动能；Er是分子转动能。 预备知识-分子的振动和

10、转动引言33预备知识-分子的振动和转动引言每个电子运动状态对应着一个电子能级，间隔约为1-20eV。每一电子运动状态下，核有不同振动状态，每个振动状态对应着一个振动能级，能级间隔0.05-1eV。每个振动状态下，有不同的转动状态，每个转动状态对应着一个转动能级，能级间隔10-4-10-2eV。34预备知识-分子的振动和转动引言分子吸收或发射光辐射时，单纯改变转动状态是可以的，产生转动光谱，位于微波和远红外区。振动状态变化时，往往伴随着转动状态的变化，产生振动-转动光谱，位于红外区。电子状态变化时，往往伴随着振动、转动状态的变化，产生电子光谱，位于近红外、可见或紫外区。由于这些能级非常靠近，谱线

11、非常密集，在低分辨率的仪器下，不能将谱线分开，看上去象连续的谱带，因此，分子光谱表现为带状光谱。35预备知识-分子的振动和转动引言-电子能谱的基本原理分子中的原子之间由于电子云相互交叠存在相互作用。分子的振动和转动反应的是分子中原子之间的相互作用：成键情况！36预备知识-分子轨道理论引言原子在形成分子时，所有电子都有贡献，分子中的电子不再从属于某个原子，而是在整个分子空间范围内运动。在分子中电子的空间运动状态可用相应的分子轨道波函数（称为分子轨道）来描述。分子轨道和原子轨道的主要区别在于：(1)在原子中，电子的运动只受 1个原子核的作用，原子轨道是单核系统；而在分子中，电子则在所有原子核势场作

12、用下运动，分子轨道是多核系统。(2)原子轨道的名称用s、p、d符号表示，而分子轨道的名称则相应地用、符号表示。 37预备知识-分子轨道理论引言分子轨道可以由分子中原子轨道波函数的线性组合（linear combination of atomic orbitals，LCAO）而得到。几个原子轨道可组合成几个分子轨道，其中有一半分子轨道分别由正负符号相同的两个原子轨道叠加而成，两核间电子的概率密度增大，其能量较原来的原子轨道能量低，有利于成键，称为成键分子轨道（bonding molecular orbital），如、轨道；成键分子轨道38预备知识-分子轨道理论引言分子轨道可以由分子中原子轨道波函

13、数的线性组合（linear combination of atomic orbitals，LCAO）而得到。几个原子轨道可组合成几个分子轨道，另一半分子轨道分别由正负符号不同的两个原子轨道叠加而成，两核间电子的概率密度很小，其能量较原来的原子轨道能量高,不利于成键,称为反键分子轨道（antibonding molecular orbital），如 *、* 轨道。反键分子轨道39预备知识-分子轨道理论引言为了有效地组合成分子轨道，要求成键的各原子轨道必须符合下述三条原则， 也就是组成分子轨道三原则： （1）对称性匹配原则（2）能量近似原则（3）轨道最大重叠原则40取原子轨道的线性组合表示分子轨道

14、，其组合系数用变分法确定。N个AO线性组合得到N个MO，一半成键轨道，一半反键轨道.当N为奇数时，可能有非键轨道，这些原子轨道找不到对称性匹配的其它原子轨道与之组合则形成非键分子轨道，非键分子轨道基本上仍保留原原子轨道特点（能量、波函数）。 （成键轨道的电子叫成键电子；反键轨道的电子叫反键电子；非键轨道的电子叫非键电子）预备知识-分子轨道理论引言41预备知识-分子轨道理论引言42成键轨道反键轨道.非键轨道非键轨道非键轨道HF预备知识引言43引言紫外光电子能谱(UPS)X射线光电子能谱（XPS）俄歇电子能谱（AES）电子能谱仪简介44单能量的UV射线，由不同的原子能级打出电子；测量电子的能量光谱

15、。UPS紫外光放射光谱法:(UV Photoemission Spectroscopy) 紫外光电子谱是利用能量在 的真空紫外光子照射被测样品，测量由此引起的光电子能量分布的一种谱学方法。忽略分子、离子的平动与转动能，紫外光激发的光电子能量满足如下公式：电子结合能分子振动能 的谱带结构和特征直接与分子轨道能级次序、成键性质有关。因此对分析分子的电子结构是非常有用的一种技术。45由于光源能量较低，线宽较窄（约为0.01eV),只能使原子的外层价电子、价带电子电离，并可分辨出分子的振动能级,因此被广泛地用来研究气体样品的价电子和精细结构以及固体样品表面的原子、电子结构。紫外光46紫外光电子能谱的解

16、释谱带的形状往往反映了分子轨道的键合性质谱图中大致有六种典型的谱带形状，见图47紫外光电子能谱的原理紫外光电子能谱的解释如光电子来自非键或弱键轨道，分子离子的核间距离与中性分子的几乎相同，这时谱图上出现一个尖锐的对称的峰在峰的低动能端还会存在一个或两个小峰。见I；若光电子从成键或反键轨道发射出来，垂直电离电位具有最大的跃迁几率，因此谱带中相应的峰最强，其它的峰较弱，见图中的II和III48紫外光电子能谱的原理紫外光电子能谱的解释若分子被电离以后生成的离子的振动类型不止一种，谱带呈现一种复杂的组合带，见谱带VI从非常强的成键或反键轨道发生的电离作用往往呈现缺乏精细结构的宽谱带，见图中IV 缺乏精

17、细结构的原因是振动峰的能量间距过小；振动能级的自然宽度太大或发生了离子的离解等，导致了振动峰的加宽有时振动精细结构叠加在离子离解造成的连续谱上，形成图中的谱带V49紫外光电子能谱的原理紫外光电子能谱的解释谱带的位置代表谱带的能量，所以也代表分子轨道的电离电位右图是某些轨道的电离电位范围这种图可以帮助我们预测较复杂的分子轨道电离电位和解释谱图中的峰所对应的轨道性质50电子接受或授与效应中介效应全氟代效应轨道的相互作用紫外光电子能谱的原理51测量电离电位研究化学键用紫外光电子能谱可测量低于激发光子能量的电离电位，和其它方法比较它的测量结果是比较精确的紫外光子的能量减去光电子的动能便得到被测物质的电

18、离电位对于气态样品来说，测得的电离电位相应于分子轨道的能量分子轨道的能量的大小和顺序对于解释分子结构、研究化学反应是重要的紫外光电子能谱的应用非键轨道反键轨道成键轨道52位于1558电子伏的g能级和位于1876电子伏的u能级是非键的，u能级是成键的 经典的概念认为，1558电子伏的g (2P)能级是成强健的，这种看法是不正确的 紫外光电子能道的应用研究化学键氮分子53CO分子中有10个价电子，和氮分子有等电子结构，因此它的紫外光电子谱和氮分子的很相似谱图中的第一谱带很尖锐，说明g (2P)轨道比氮有更少的成键性质，而u (2S)轨道虽然理论上是反键的，它却稍微呈现某种成键性质2P轨道成强键，它

19、的谱带清楚地显示出振动精细结构CO分子的三个谱带的电离电位分别是14.01，16.53和19.68电子伏 紫外光电子能道的应用uug研究化学键54紫外光电子能道的应用储氢材料研究吸氢和清洁ZrV2样品表面的UPS谱55紫外光电子能道的应用储氢材料研究曲线(A)是从吸氢后的ZrV2表面上测到的ARUPS谱,高纯氢气的暴露量是50L.曲线(B)是从清洁ZrV2表面上测到的ARUPS谱.谱线(C)是曲线(A)减曲线(B)的差谱(不同氢气暴露量下具有类似的差谱).角分辨偏振紫外光电子能谱56紫外光电子能道的应用清洁ZrV2和吸氢后ARUPS谱(B)和(A)在69eV处有一宽峰,并在费米能处有明显的峰,

20、主要是合金的价电子态的贡献,；ZrV2吸氢后69eV处的宽峰增大，反映了吸氢引起的变化,；吸氢前后的差谱表明在8eV左右有一较宽峰.文献报道ZrV2吸氢后,高温下形成MH键的结合能在67eV处；可见，在低压常温条件下,ZrV2合金吸氢也以MH的状态存在 储氢材料研究57用紫外光激发时，虽然峰的相对强度也与原子的相对数目有关，但有许多因素影响谱线强度，所以，一般说来，进行元素定量分析是比较困难的在使用校正曲线以后，存在气体混合物定量测定的可能性 定量分析58引言紫外光电子能谱(UPS)X射线光电子能谱（XPS）俄歇电子能谱（AES）电子能谱仪简介59X射线光电子能谱（XPS）XPS示意图單能量X

21、-ray由不同原子能階打出 電子；測量電子能量光譜。可打出更內層的電子，較Auger電子能譜更準確。(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) 60X射线光电子能谱（XPS）61X射线光电子能谱（XPS）62X射线光电子能谱（XPS）63X射线光电子能谱（XPS）64X射线光电子能谱（XPS）在普通的XPS谱仪中，一般采用的Mg K 和Al K X射线作为激发源，光子的能量足够促使除氢、氦以外的所有元素发生光电离作用，产生特征光电子。由此可见，XPS技术是一种可以对所有元素进行一次全分析的方法，这对于未知物的定性分析是非常有效的。与紫外光源相比，

22、射线的线宽在0.7eV以上，因此不能分辨出分子、离子的振动能级。在实验时样品表面受辐照损伤小，能检测周期表中除 H 和 He 以外所有的元素，并具有很高的绝对灵敏度。因此是目前表面分析中使用最广的谱仪之一。65激发光源X射线（软X射线；Mg K : hv = 1253.6 eV；Al K : hv = 1486.6 eV）；电子能量分析器-对应上述能量的分析器，只可能是表面分析；高真空系统：超高真空腔室super-high vacuum chamber（ UHV避免光电子与气体分子碰撞的干扰。X射线光电子能谱（XPS）66X-ray Photoelectron SpectroscopySmal

23、l Area DetectionX-ray BeamX-ray penetration depth 1mm.Electrons can be excited in this entire volume.X-ray excitation area 1x1 cm2. Electrons are emitted from this entire areaElectrons are extracted only from a narrow solid angle.1 mm210 nmX射线光电子能谱（XPS）67X射线光电子能谱（XPS）谱图特征68上图是表面被氧化且有部分碳污染的金属铝的典型的图谱是

24、宽能量范围扫描的全谱低结合能端的放大谱O 和 C 两条谱线的存在表明金属铝的表面已被部分氧化并受有机物的污染O的KLL俄歇谱线X射线光电子能谱（XPS）谱图特征69相邻的肩峰则分别对应于Al2O3中铝的2s和2p轨道的电子X射线光电子能谱（XPS）谱图特征金属铝低结合能端的放大谱(精细结构)70X射线光电子能谱（XPS）谱图特征71XPS 结合能在XPS分析中，由于采用的X射线激发源的能量较高，不仅可以激发出原子价轨道中的价电子，还可以激发出芯能级上的内层轨道电子，其出射光电子的能量仅与入射光子的能量及原子轨道结合能有关。因此，对于特定的单色激发源和特定的原子轨道，其光电子的能量是特征的。当固

25、定激发源能量时，其光电子的能量仅与元素的种类和所电离激发的原子轨道有关。因此，我们可以根据光电子的结合能定性分析物质的元素种类。 72X射线光电子能谱（XPS）化学位移虽然出射的光电子的结合能主要由元素的种类和激发轨道所决定，但由于原子内部外层电子的屏蔽效应，芯能级轨道上的电子的结合能在不同的化学环境中是不一样的，有一些微小的差异。这种结合能上的微小差异就是元素的化学位移，它取决于元素在样品中所处的化学环境。一般，元素获得额外电子时，化学价态为负，该元素的结合能降低。反之，当该元素失去电子时，化学价为正，XPS的结合能增加。 利用这种化学位移我们可以分析元素在该物种中的化学价态和存在形式。元素

26、的化学价态分析是XPS 分析的最重要的应用之一 73价带结构X射线光电子能谱（XPS）XPS 不仅可以提供原子芯能级的化学结构，同样还可以提供价电子的化学结构。对与固体其价带结构与其电子状态有关，因此，可以提供有关材料电子态的信息。由于对于固体，其价轨道简并，形成了价带和导带。由于XPS 价带谱与固体的能带结构有关，因此可以提供固体材料的电子结构信息。由于XPS 价带谱不能直接反映能带结构，还必须经过复杂的理论处理和计算。因此，在XPS 价带谱的研究中，一般采用XPS 价带谱结构的比较进行研究，而理论分析相应较少。对于简单体系，可以通过适当的理论分析达到了解其电子结构的目的。 74价带结构X射

27、线光电子能谱（XPS）EF75X射线光电子能谱（XPS）价带结构价带价带76元素沿深度方向的分布分析X射线光电子能谱（XPS）XPS可以通过多种方法实现元素沿深度方向分布的分析，这里介绍最常用的两种方法，它们分别是Ar离子剥离深度分析变角XPS深度分析77Ar离子剥离深度分析方法是一种使用最广泛的深度剖析的方法，是一种破坏性分析方法，会引起样品表面晶格的损伤，择优溅射和表面原子混合等现象。其优点是可以分析表面层较厚的体系，深度分析的速度较快。其分析原理是先把表面一定厚度的元素溅射掉，然后再用XPS分析剥离后的表面元素含量，这样就可以获得元素沿样品深度方向的分布。X射线光电子能谱（XPS）溅射剥

28、离深度分析78X射线光电子能谱（XPS）溅射剥离深度分析Zalar Depth Pro 500eV Ions0185020406080100Sputter Depth (nm)Atomic Concentration (%)Si 2p O 1sCr 2pNi 2pNi 2pCr 2p硅基底制备磁性多层膜CrONi Cr CrO Ni Cr Si 79Extracting Chemical State Informationwith Linear Least Squares FittingSputter DepthCr 2p565600Binding Energy (eV)Cr metalCr

29、oxideCr 2pStep 1. Select regions of interestStep 2. Extract spectra from selected regionsX射线光电子能谱（XPS）溅射剥离深度分析80X射线光电子能谱（XPS）图像XPS分析SPS Photo of Paint System Cross-sectionPolyethyleneSubstrateAdhesion LayerBase CoatClear Coat Mapping Area695 x 320m1072 x 812mm清漆层底漆层81X射线光电子能谱（XPS）CO695 x 320mmESCA M

30、aps of an Automotive Paint Cross-section82X射线光电子能谱（XPS）Chemical State Maps for CarbonC 1sChemical state maps are generated by examining the C 1s spectra stored at each pixel of the map.83引言紫外光电子能谱(UPS)X射线光电子能谱（XPS）俄歇电子能谱（AES）电子能谱仪简介84电子能量分布在电子与固体相互作用过程中，会产生大量的二次电子，均包含有相关信息；弹性散射电子，俄歇电子，能量损失电子，二次电子等；能

31、量损失又可分为特征损失和非特征损失；俄歇电子的信号很弱；俄歇电子能谱(AES)85（ Auger Electron Spectroscopy ）俄歇电子能谱(AES)86 俄歇电子能谱的基本机理是：入射电子束或X射线使原子内层能级电子电离，外层电子产生无辐射俄歇跃迁，发射俄歇电子，用电子能谱仪在真空中对它们进行探测。1925年法国的物理学家俄歇（P.Auger）在用X射线研究光电效应时就已发现俄歇电子，并对现象给予了正确的解释。1968年L.A.Harris采用微分电子线路，使俄歇电子能谱开始进入实用阶段。1969年，Palmberg、Bohn和Tracey引进了筒镜能量分析器，提高了灵敏度和

32、分析速度，使俄歇电子能谱被广泛应用。俄歇电子能谱(AES)87入射高能电子或者X射线，打出原子的内层电子，而外层的电子会落入此空轨道内；放出的能量给与另一个外电子，就是射出的Auger电子。AES Auger电子光谱法：88俄歇电子强度 俄歇电子的强度是俄歇电子能谱进行元素定量分析的基础。但由于俄歇电子在固体中激发过程的复杂性，到目前为止还难以用俄歇电子能谱来进行绝对的定量分析。俄歇电子的强度除与元素的存在量有关外，还与原子的电离截面，俄歇产率以及逃逸深度等因素有关。 89For a given element, several lines and Auger emissions can be

33、 observed. Lets take for example nickel contained in a nickel oxide specimen. This spectrum is generally obtained with a 1 eV acquisition step and it shows the main lines for this element. 90Ek (eV)dI /dE589645692Fe的俄歇电子能谱（指纹）919293俄歇跃迁过程有一个严格的定义， 它仅指跃迁电子的轨道与填充电子以及孔穴所处的轨道的不同能级之间产生的非辐射跃迁过程。当填充电子或跃迁电子

34、与激发态孔穴所在轨道能级相同时，该跃迁过程被定义为柯斯特-可罗尼格（Coster - Kroning）跃迁。当激发孔穴、填充电子以及跃迁电子的轨道能级都相同时，该种跃迁就定义为超级柯斯特-可罗尼格（Super Coster - Kroning）跃迁。 俄歇跃迁过程定义及标记94俄歇跃迁所产生的俄歇电子可以用它跃迁过程中涉及的三个原子轨道能级的符号来标记；如图1和2所示的俄歇跃迁所产生的俄歇电子可被标记为WXY跃迁。图1俄歇电子的跃迁过程图2俄歇电子的跃迁过程能级图95其中激发孔穴所在的轨道能级标记在首位，中间为填充电子的轨道能级，最后是激发俄歇电子的轨道能级。如 C KLL跃迁，表明在碳原子的

35、K轨道能级 (1s)上激发产生一个孔穴，然后外层的L轨道能级（2s）的电子填充K轨道能级上的孔穴，同时外层L轨道能级（2p）上的另一电子激发发射。K1sL2sL2p96俄歇跃迁可以发射出各种不同能量的俄歇电子.当入射的电子引起K层空位后:可能发生的K系俄歇跃迁：K-L1L1K-L1L2K-L2L3.当入射的电子引起L或M层空位后:可能发生的L系或M系俄歇跃迁：L-MiMjMNN.俄歇跃迁几率随着原子序数的变化如图:1.0aKaLaM原子序数0.5对于原子序数15的轻元素的K系,以及几乎所有元素的L系和M系,俄歇电子产額都很高,因而对于分析轻元素而言,采用俄歇电子能谱的分析比较好.Z14: 采用

36、LMM俄歇电子分析.Z42: 采用MNN或者MNO俄歇电子分析.97俄歇电子能谱应用98产生俄歇电子所需要的初始电离电子能量一般在:501KeV范围内.入射电子的有效激发体积(空间分辨率)取决于入射电子束的直径以及俄歇电子的发射深度.所以特别使用于分析表面氧化或者腐蚀等等.在这么浅的表层内,入射电子束的测向扩散还没有开始,其空间分辨率直接由入射电子束的直径来决定.由于能够能够保持特征能量儿逸出表面的俄歇电子,发射深度仅限于表面下1nm以内深度,相当于表面的几个原子层.99应用之一：俄歇电子能谱用于表面元素的成像Titanium Nitride Coating on Copper Top lef

37、t - SEMTop right - copperBottom left - titaniumBottom right - copper/titanium overlay100Secondary electron image of failure contact structures on Si surface (left) and elemental Auger maps (right). Red indicates Al, green - Si, blue - C. 101纵深方向的元素分布102103104引言紫外光电子能谱(UPS)X射线光电子能谱（XPS）俄歇电子能谱（AES）电子能

38、谱仪简介105 电子能谱仪主要由激发源、电子能量分析器、探测电子的监测器和真空系统等几个部分组成。电子能谱仪简介106电子能谱仪通常采用的激发源有三种：X射线源、真空紫外灯和电子枪。商品谱仪中将这些激发源组装在同一个样品室中，成为一个多种功能的综合能谱仪。电子能谱常用激发源激发源1071.射线源XPS中最常用的X射线源主要由灯丝、栅极和阳极靶构成。 双阳极X射线源示意图要获得高分辨谱图和减少伴峰的干扰，可以采用射线单色器来实现。即用球面弯曲的石英晶体制成，能够使来自X射线源的光线产生衍射和“聚焦”，从而去掉伴线和韧致辐射，并降低能量宽度，提高谱仪的分辨率。1082.紫外光源紫外光电子能谱仪中使用的高强度单色紫外线源常用稀有气体的放电共振灯提供。UPS中的HeI气体放电灯示意图1093.电子源电子通常由金属的热发射过程得到。电子束具有可以聚焦、偏转、对原子的电离效率高、简单易得等优点，在电子能谱中，电子束主要用于俄歇电子能谱仪，因用电子枪作激发源得到的俄歇电子谱强度较大。常用于AES的一种电子枪110电子能量分析器其作用是探测样品发射出来的不同能量电子的相对强度。它必须在高真空条件下工作即压力要低于10-3帕，以便尽量减少电子与分析