整理中科院大学固体表面物理化学笔记-Jeveels

精品文档1.Introductione表界面的分类：气-液；气-固；液-液；液-固；固-固令表面浓度Areaofunitcell=(0.3x1(I*)1m:LatomperunitcellTherefore1/(1).3x=1.1xIO19atomsm2-1.1xl0lfatomscm2e分散度分散度（dispersioD） 口=Aj.表面原子数与颗粒中总的原子It的比倒e表面形貌非均匀性平台(terrace)一螂旅位错（刃型位错(edgedislocation)炉screwdislocation)一4&8&10：附着原子(adatom)...........5：台阶(step)一6&9&11：空位(vacant^)J7：扭折(kink)+J原因：原因：由于固体表子的组成、排列、振动状态和体相原子的不同，由于悬挂键导致的化学性质活泼，以及周期电表面形貌非均匀性的元素。断导致的表面电子状态差异，固体表面形成很多导致位错密度位错密度e位错密度I胪〜I伊cm金属、离子单晶）

irTIJkm'篦^体、半导南表面原子浓度每个平台原子数1|»（位错密度1胪皿产）e表面粗糙度：Realsurfacearear— ； Theoreticalareae原矢精品文档

精品文档原矢:* j点阵中.人为选取与晶格维数同样多的一组矢量，使晶格中任意两格点间的位移矢■(格矢置)可以表达为该组矢量的线性组合R=而+蕨-花米勒指数(millerindex)I晶面在一组原矢瓦日厘上的截距为苫居二.整数公的化了的(a/x,b/y,c/>)被称为这组晶面的密勒指数(Millerindices)(hkl)晶面间距dhkl立方晶系加=立方晶系加=I直角坐标系”:一工尸七7下,7晶体类型：体心立方，面心立方，简单立法表面原子最近邻数100110111Fcc879Bcc464Sc543Wood记号和矩阵表示Wood记号：瓦出),与gJ再考察转角 R(hkl)-(qxi)-a-D矩阵表示：电即的),电(孙a2),系数组成矩阵R(hkl)-Ms-D表面自由能Mokcnlcsatasurt-Eiccarcinastateofhigherfreeenergythanthoseirthehulk—duetothelackofnearestnciglibnrInteractionsatasurface减小表面能的方法口)(2)(3)减少表面暴露的面积？口)(2)(3)主要让具有较低表面自由能的平面暴露；改变表面原子几何结构，使表面自由能减少,Stability:fcc(lll)>fcc(l(IO)>icc(lKt)表面原子重排机理1：表面弛豫作用弛豫作用工垂直表面方向以周期方式移动(体相层间距的百分之十)结果工层间距,健角改变,最近部数目，转动对称性未变原因，类比体相空穴•且通常造成表面收缩杂质，缺陷，吸附物存在等会对弛豫作用有影响精品文档

精品文档2：表面相转变结果：最近邻数目，转动对称性，键角改变杂原子造成/加速/抑制表面相转变3：吸附对纯净底物表面结构的影响层间距的变化；重组的表面结构的变化；吸附原子可以诱导表面重组内外表面内表面：多孔或多层材料，孔内或层间的表面比表面积：单位质量材料的表面积；用BET方法测量2.固体表面性质简介L固体表面的性质结构特征：不同的位置有不同的性质表面运动：气体分子表面撞击速度 蟾；表面扩散系数（爱因斯坦方程）：外延生长原子的运动流程：a沉积/吸附在平台上-deposition；b沉积在原子岛上；c平台上扩散-diffusion；d脱附-desorption；e成核-nucleation；f交互扩散-interdifusion；g粘附在平台上-attachment；h从平台上脱离-detachment；i：粘附在台阶上化学性质：表面浓度依赖于气体分子撞击速度RL相界面（Gibbs界面）surfucE?surfucE?表面热力学函数E"t单位原子的能■+aEsE、+aEsSpecificSurfaceEnergy廿土表面面积其他类推：S,G,Gs比表面自由能与温度的关系得）,忐…VanderWaalsandGuggenheimEquation:精品文档精品文档Where:Tc为临界温度；为0KL的表面张力多数液体 向，"S'>0无序性增加.一些固体 向节1}下。 有序性增加工固体表面能的理论估算心=us，-L'III表面能生成新表面表面原子所需能量 抽旋能表面能与晶面曲率半径相关1晶面曲率半程越小,单位质量表面能越大L金属表面张力估算丫”=仆ISAH，,；工=016AH升华L偏析作用来自晶体或固溶体中的杂质或溶质在界面聚集的现象表面偏析公式:影响因素 影响规律我而张力小的物一■一面一—明金士我面张力 张力年也大，表面偏析作用越强、— 温度越低.衣面（扇析越显著温度 温度升高.我而帧向勺体相相同混合热小「一.无■析，作用力*不同原子>相同膜子》在介热 混介热大丁零.无偏析《作册力：不同晾子v相同糜子）2 溶质原子利原子的平仔相引越大一在悻相引起的海变能越大二质原子大小 富集丧面K减少的应变徒越多一点集作用越明显上正规溶液参数。>OJIIIIIIIIII<IIILSegregation；精品文档精品文档L扩散扩散：由热运动引起杂质原子、基质原子或缺陷输运的过程原因：原子或离子分布不均匀，存在浓度梯度，产生定向扩散扩散机理：间隙扩散，空位扩散，环形扩散L表面扩散靠吸附原子或平台空位的运动实现。一维随机行走理论：表面原子通过扩散进行迁移，原子运动方向移动，每次跳跃距离等长d，将原子加以标记，温度T下，净距离为x，有Einstein方程AE*,表面原子犷散活化能/AEa\ 扩散常数，与温度、跃迁几率、D=Doexp(I无亍j 振动频率、原子近邻可跃入的空位数等有关L吸附的基本过程1：反应物扩散到活性表面；2一个或者多个反应物吸附在表面上；3表面反应；4产品从表面脱附；5产品从表面扩散出去L吸附动力学；其中x为动力学级数；p为分压一；Ea活化能ZnrnkT-；胃S粘着几率；F入射分子流；胃表面覆盖率函数L吸附方式物理吸附：VanderWaalsForce电荷密度轻度分布化学吸附：化学键，电子密度重排，完全离子键，完全共价键化学吸附物理吸附温度范围无限制低于凝聚点吸附培范围宽40-ROOkJ*mol-1与分子的质量和极性相关5-40kJ+mol-1晶面选择性不同晶面间有很大差异与表面原子的几何构型无关吸附本质多解离，有可能不可逆非解离，可逆饱和吸附单层多层吸附动力学差异很大，需活化过程快速，不需活化精品文档

精品文档AQJilJ岳_EqU2_QCIA6-8U①一精品文档AQJilJ岳_EqU2_QCIA6-8U①一E二仁31od活化吸附过程L几种元素的化学吸附氢气（心）：没有与基地原子相互作用的电子；分子-氢过渡金属复合物氢原子（H）：氢原子与基地原子独立相互作用卤素（F2,Cl2,Br2,etc）：以离解的方式给出卤素原子的吸附；与金属形成强的离子键氧气（02）：在金属表面以分子形式吸附，氧分子作为。给体，金属作为日受体氧原子（0）：占据最高有效配体位置；强的相互作用导致表面的扭曲或者重组!离解氧吸附是不可逆过程；加热可以导致化合物的扩散或者形成氮气（心）：低强度M-N键，⑶很难破坏的NN三键一氧化碳（C0）：①活化表面：解离，分别形成氧化物入碳氧化合物；②d区金属：弱的M-CO分子键，加热脱附；③过渡金属：对温度A表面结构敏感氨气（nh3）：NEXTNH上-H（ads）fNH值由）-1H（n加）TX值小）-3H（ads）不饱和碳氢化合物:L化学吸附气体的排列规则1：紧密堆积：尽可能形成最小单胞2：转动对称性⑶基地相同3：类似体相单胞矢量：单层（基地）；多层（本体）L化学吸附层表面结构分类：1：在顶上化学吸附：停留在表面，不扩散到体相内部2：共吸附表面结构：吸附强度相近的两种气体同时吸附3：重组的表面结构：表面原子重排，L体相的化学反应G前驱4：无定形表面结构：有序结构G形成扩散过程精品文档精品文档5：三维结构：扩散到体相内部G表面吸附脱附过程1：气相产物或者其他表面物质的分解；2：表面化合物G反应后者扩散；3：脱附到气相中脱附动力学；其中x为动力学级数（单分子或者原子脱附x=1；联合分子脱附x=2）；N为吸附物种表面浓度；k脱附速率常数；活化能；1pA：attemptfrequency表面滞留时间平均时间:L表面态表面局部的电子能级表面上附着电荷表明表面上存在着L电子局限于表面的量子态。表面态有两种：一是固有的，二是外来物类或表面缺陷引起的L固有表面态量子力学证明一个固体，即使是纯净的A完整的晶体，在其表面上仅仅因为体相周期性被破坏，就将导致表面局部能级的出现。分为Shockley态'Tamm态工表面空间电荷效应双电层：正负电荷分开平行板双电层 空间电荷双电层0?0J0；07 07 0707M+M+GeGeP+GeMMMMGeGeGeGeMMMMGeGeGeMMMMGeGeGeP*O2/Metalt<〜10nmOf/Scmi.insl.oxidant平行板电容器曾单^定律：科3。；精品文档

精品文档Q净表面正电荷密度；1：介电常数；?真空绝对介电常数空间电荷双电层：Schottky模型(假定靠近表面的空间电荷L不动的，并且在整个空间电荷区⑶距离无关)队.2中代一中=-7——-(-t--%)-L强氧化还原物类吸附引起的空间电荷效应积累层：强还原剂吸附在n型半导体上或者强氧化剂吸附在p型半导体上，基体内主要载流子由吸附剂注入使之在表面空间电荷层内累积反型层：强氧化剂吸附在n型半导体上或者强还原剂吸附在p型半导体上，基体内主要载流子注入吸附剂中，在表面空间电荷层出现⑶基体相反的导电性。L能带弯曲根据肖特基模型*号强氧化剂或强还原剂吸附在半导体表面时.会形成空间电荷双电层.并假设整近表面的空间电荷不动，而且整个空间电荷与距离无关匚公式推导得出，此时的空间电荷区的电势呈抛物线变化，直到r等于临界距离外，电势与体相电势必》《设印广0》相等口当外表面带负电荷时，空间电荷区为正，电场由体相指向表面，因此表面电势为负手，＜0:反之亦然.因此电子在空间电荷区中的势能也与体相不同，它除了在原子周期势场中运动处于不同能级的能量外，还附加有空间电荷区的静电坍能「中门因此同一距离的电子无论出于导带还是价带都应该整体随着静电势能变化,但禁带宽度不发生变化。*,＜。，能带向上野，造成电子的表面势垒：①二＞0,能带向下弯，造成空穴的表面势垒.这就是能带弯曲现象。3.现代表面分析技术概况及应用3.现代表面分析技术概况及应用＞表面检测几何结构的检测：原子重排，吸附位置，键角，键长化学成份的检测：元素及其深度理化性能的检测：氧化态，化学、电子及机械性能＞测量技术要求1：区分表面和体相，表面灵敏的；2：灵敏度非常高；3测量无污染表面，超真空；4必须有信号载体；5：样品表面可控＞信号载体的探针包括：电子，离子，光子，中性粒子，热，电场，磁场＞电子⑶固体表面的相互作用精品文档精品文档[.弹性散射，电子本身不损失能量（LEED）；11.非弹性散射，振动吸收；价带跃迁（表面原子振动赭拘或电子结相信息）；HI.非弹性散射，Auger电子；IV.二次电子和特征X■射线,>电子平均自由程（立）电子⑶晶体中的原子核产生两次连续碰撞之间所走过的平均路程。计算式：TOC\o"1-5"\h\z_538 .-对于纯元素：'."F+41'虫Y单原子层厚度，E口费米能级为零点的电子能量217D ,一一十八人"，=-——FD.72X寸ctE对于无机化合物： E- '对于有机化合物：'.=G+3,11X"E；mg/m2>电子作为探束的表面分析方法精品文档精品文档低能电子衍射（LEED）；反射式高能电子衍射（RHEED）；俄歇电子能谱（AES）；电子能量损失谱（EELS）；投射电子显微镜（TEM）；扫描电子显微镜（SEM）离子⑶固体表面的相互作用的作用过程：散射，注入，溅射，再释，表面损伤，光发射，电子发射，电离与中和，表面化学反应，表面热效应从真空端观察到的各种粒子的发射现象1：散射的初级离子：能量分布和角分布反应表面原子的成分C排列一离子散射谱2：中性原子、原子团、分子C访负离子：进行质谱、能谱分析得到表面成分分柝次级离子质谱3：电子：夕彳能量分布给出有关离子轰击、中和、次级离子发射过程C表面原子电子态信息-离子激发表面电子谱；4：X射线C光发射：表面化学成分C化学态信息-离子诱导光谱从靶上观察到的变化1：表面心进表层的原子、原子团分子口中性粒子或离子的形式溢出：发射区（10A）,溢出深度2：初级离子注入心表层原子的反弹注入；注入区，注入深度（离子入射角），沟道效应3：晶格结构扰动，晶格扰动波及区，产生缺陷⑶位错4：表面化学反应离子作为探束的表面分析方法离子散射谱（ISS）；次级离子质谱（SIMS）；卢瑟福背散射谱（RBS）；离子激发X射线谱（IEXS）；离子中和谱（INS）特点：离子重，动量大：可出于不同的激发态；静电场C接触电位差位能作用；可以表面发生化学反应；可得到最表层信息，很高检测灵敏度，丰富的表面信息缺点：表面受到损伤，破坏性分析，表面态不断发生变化，定量难，作用过程复杂，识谱难，基体效应（一种成分存在影响另一成分的刺激离子产额）光电效应：当光子能量全部交个一个电子，使其脱离原子而运动康普顿效应：光子⑶电子产生碰撞，将一部分能量交给电子而散射，碰撞射出的电子成为康普顿电子。光子⑶表面作用有：光发射/散射，光吸收，光衍射，光激发产生光电子，光诱导表面分子脱附入反应光子作为探束的表面分析方法光助场发射；阈值光电子谱；能带结构C价电子能谱；紫外光子电子谱UPS）；X射线光电子谱（XPS）同步辐射光源的特点1：从红外到硬X射线的连续光谱，可用单色器分光；2：光源稳定而强大：试验时间缩短，信噪比提高；3：主要L偏振光：光跃迁选律C角分辨光电子能谱；4：高度准直性中心粒子：中心粒子碰撞诱导辐射（SCANIIR）；分子束散射（MBS）肖特基效应：外加电场可以减低能垒，有助于电子发射场致电子发射：在强电场（107-108V/cm）作用下，因存在量子力学的隧道效应，在固体不加热的情况下也能出现显著的电子冷发射。热场致发射：在温度不为零的情况下产生的场致发射电子。电场作为探束的表面分析方法：场电子显微镜（FEM）；场离子显微镜（FIM）；原子探针场离子显微镜（APFIM）；扫描隧道显微镜（STM）电场探束分析特点：1：为获得强场样品做成针尖形；2点投射显微镜，具有105-107倍方法效应；3结构简单；4分辨率高：FEM25A,FIM原子级。缺点：样品制备复杂，强场存在，表面强场存在精品文档

精品文档>分类按探测粒子或发射粒子分类：电子X;,光谱，粒子X;,光电子X;按用途分类：组分分析，结构分析，电子态分析，原子态分析绪构形貌分析LEEDtRHEEDtXRDfFIMtFEM/STM/AFMtTEMfSEM成分分析AESfXPSfSIMSfJSS电子价态分析LPSfXPSfEELS表面物种分析HREELSrIRAS/SEHSfLETS4.俄歇电子能谱•俄歇过程俄歇电子在低原子（Z<15）的无辐射内部重排发射出来，其步骤为：1：入射电子撞击原子离子化，发射出内部电子离开芯能级；2：高能电子掉入芯能级;3：第二步中产生的能量激发了另一个电子，一般来自于同一壳层•俄歇电子标记KI必-Kl]L”KI必-Kl]L”Of喳in1HtAugerofcrclixmedevilmiclevlnikkukcliimth.nIe%日ion)KW= KVVa*(V.tkncelItKiillini口ngiii10fAugerofcorerclaxinc!dcctrcmhok切eel推it(pkcuunlh.ilBril'mmn)Firstletter-initialcorebolelocationThirdletter-locationofsecondhole(initiii]locationofAugerelectron)Auqerat汪蜡林能ISecondletter-initiallocationofrelaxingckctroniK系列俄歇跃迁：同一空穴可以产生不同俄歇跃迁，当初始空穴在K能级时，就出现K系列跃迁，如KLL,KLM,KMN俄歇群：同一主壳层标记的次壳层不同的俄歇跃迁，如KL1L1，KL1L2,KL1L3,KL2L3C-K（Coster-Kronig）跃迁：初始空穴和填充电子处于同一主壳层的不同次壳层，如LLM,乂乂电特点：跃迁速度非常快超C-K跃迁：三个能级处于同一主壳层；如：LLL,MMM一般：Z<15:KLL;Z:16~41,LMM;Z>42,MNN击能量分析器：用来测量从样品中发射出来的电子的能量分布，分辨率=二柱偏转分析器（127。-CDA）;半球形分析器（CHA/SDA）；平面镜分析器（PMA）；铜镜分析器（CMA）检测器：通道式电子倍增管；打拿极式倍增管能量分布涉及4个电子：原始入射电子（P）,激发的二次电子（s）,跃迁电子⑴，俄歇电子•背景分析精品文档精品文档N(E)Auger电子的特征能量计算能量守恒原理：经验公式：实际计算公式：电离截面是指原子被入射粒子电离产生空穴的几率。_6.51xlLx叫1(印、%—官7%.65+235/切5V为W能级被电离的电离截面；E\V为W能级的电离能，eV；B为激发源能量与W能级电离能比，Ep/Ew;a和b为两个常数/2.7,b、v最大，即Ep/E、v=2.7时，电离W能级电子的几率最大.• 平均逃逸深度a平均自由程N=M)exp(一1)z：IIIIIZ:IIIIIIIIINIIIIIIIIIINqIIIIIIII•定性分析.谱图最强峰及其能量位置，对照标准俄歌电子谱手册，查看处于此能量位置的主要播款联迁所对应的几和可能元素；.查阅标准手册中这几种可能元素的其它怫歌跃迳峰，与实验测得的谱困做比狡，如果主峰和次峰的能量位置及相对强度均与实验谱图吻合，则极可能实验测辑的就是核元素；.识别主要的元素后，将核元素的所有可能的俄敬峰从实验褶图上标记出来，在剩下的未标记谱峰中再选取峰强度最强者，重复1)和⑷的过程,确定含量第二高的元素；.如此重复，直到所有峰均找到归属；总结：对照，比较，再选取，确定•定量分析i=e(i+nm网标样法：I=kN精品文档精品文档灵敏因子分析法：灵敏因子：在给定的试验条件下，各种元素的特征俄歇跃迁在经历了样品内部各过程后，俄歇电子溢出表面的几率5=(1+,)〃1_巴)及在灵敏因子相互独立'仪器因子相同L：不同元素的相对浓度(原子百分比)：CN/%)F欢化学位移：俄歇电子能量的位移AES应用：1：表面成分分析；2：化学环境分析；3：深度剖析；4：界面分析；5：金属薄膜生长模式分析；6：微区成像分析5.光电子能谱一些总结EfcinCi)=hvlEjG)leq>电子结合能:;依次表示电子真空动能，入电子结合能:琢①二hvl%口⑴Ie(p射光子能量，电子结合能 ，表面势垒/仪器功函数X光激发内层电子；紫外光激发价层电子；俄歇电子检测的L内层二次电子X射线最主要的缺陷在于它的线宽较宽，达到0.8eV,单色化的Al-Ka^0.4eV数据分析：分析能量位置，峰强度，峰形状精品文档精品文档定性分析由谱图中的光电子芯能级峰的结合能确定。同AES,采用元素指纹鉴定分析芯能级化学位移原子因处于化学环境不同而同引起芯能级电子结合能发生改变定量分析均一体系，元素A的给定能级的强度1A=fp施直，中yD灵敏度因子法:Pa=%」灵敏度因子法:Pa=%」AfoAotrAle4>yDSA浓度:表面吸附：光电子能谱的伴峰结构1：弛豫效应：L光电子谱峰向低结合能一侧移动，分为两部分：①原子内项（单独原子内部电子的重新调整）②原子外项（⑶被电离原子相关的其他原子的电子结构调整）。2：多重分裂：当原子或自由离子的价壳层拥有未配对自旋电子，即当体系初始总角动量J不为零，则光致电离所形成的内壳层空位将与价轨道未配对自旋电子发生耦合，使体系出现不止一个终态。相应于每个终态，在XPS谱图上有一条谱线，这便是多重分裂的含义。［二1±±分裂谱线所对应的能量间距反应谱线的分裂程度;从课件示例谱图中看出随着l的增大，分裂程度减小。精品文档

精品文档♦多电子激发携上伴峰(shake-up)：如果一个电子被激发到更高的束缚态，谱图中＜(、相应的伴峰；此过程导致更高的结合能携出伴峰(shake-off)：假如激发发生在自由连续态中，形成一个芯能级^价带均有空穴的双电离原子；导致更高的结合能Take-offangle：小角度的发射角可以提高表面的灵敏度.扫描探针显微镜：STM&AFM原理：扫描隧道显微镜^原子力显微镜扫描隧道显微镜STM原理：扫描隧道显微镜^原子力显微镜扫描隧道显微镜STM量子隧穿效应为其原理；两种模式：恒流模式，恒高模式功函数不同，一般选用纯物质样品压电陶瓷控制移动：一支二d^E；(分别为电压，压电元件长度，厚度，压电元件常数)；电流前置放大器；反馈电路：模拟式A数字式振动隔离：启动系统A悬挂弹簧针尖获得：电化学腐蚀，针尖处理：电场/撞击锐化。STM-IETS：scanningtunnelingmicroscopy-inelasticelectricaltunnelingspectroscopy精品文档精品文档个原子力显微镜AFM模式：接触式：恒力模式入恒高模式； ；压电材料定位，激光测量弯曲轻敲式：悬臂上下摆动敲击样品表面非接触式：表面非常小力（〜10-12N），针尖-表面距离10-100A；适合于软物质或者弹性表面；无污染，无损坏，针尖寿命长个针尖：微悬臂e横向力显微镜：探针斜侧扫描；反应样品的精细结构细节e相位成像：适用于轻巧模式；可以确定高分子混合物的两相结构；确定在高度成像中不能反应的表面污染e提升模式成像：扫描两次：一次测量拓扑结构；另一次测量材料性质；消除了相的交叉污染e磁力显微镜：原子显微镜针尖上涂磁性材料；il非接触模式（＜100A）拓扑结构，2L远程非接触模式（＞100A）磁场eSTM优缺点：优点：1真实空间图像；很好的侧向（＜1A）A垂直向（＜0.1A）分辨率；3可以获得表面单胞尺寸A对称性或者电子结构；4能够直接反应分子轨道；5能够确定一些光谱信息；6足够快允许一些动力学信息；7能够激发和探测电子激发化学反应缺点：1复杂并且昂贵；2受噪音的影响；3图像在针尖和表面电子结构之间回旋卷曲;4：针尖难以制备；5在导体上工作eAFM优缺点优点：1样品不受导电性限制，可用于生物物质，有机物或高分子；2：仪器^STM简单；3商业化的针尖和微悬臂；4提供真实拓扑图像；5测定其他物理性质，如疏水性、磁性、静电性、摩擦力和弹性模量；5非接触模式对软物质或者易碎物质产生最小的损坏。缺点：1对噪音和振动敏感；2：水的存在可能扭曲图像；3接触模式损坏表面；4：同STM,针尖形貌回旋在图像上；5chemicallyblind.电子显微镜：TEM&SEMI电镜分析信息获得：拓扑结构，形貌，组成，晶体学信息放大信息： ；分别对应物镜，中间镜，投射镜的放大倍数衬度：衍射衬度和散射衬度I散射衬度（明场）；N0-Avogadro常数；燧-散射截面面积；za-原子量；t-厚度；蟒-密度同种材料 C=N2出”不同材料，相同厚度 C=N°吟瓜一攀均L衍射衬度（暗场）精品文档精品文档产=二；L相机长度，R衍射斑点离中心的距离LTEM主要性能指标分辨率（点分辨率：两点之间的距离；线分辨率：最小的晶面间距），放大倍数，加速电压，景深和焦深LTEM样品制备样品条件：1很薄；2：能够承受高能电子和高真空粉末样品：铜网（直径2-3mm；100nm厚）上支持膜，样品高分散直接薄膜样品：真空蒸发法；溶液凝固法；离子轰击减薄法；超薄切片法；金属薄片制备法复型技术：表面显微组织浮雕复型LSEM衬度分析形貌衬度；成分衬度；电位衬度一一探测粒子：二次电子形貌衬度；成分衬度；晶体衬度一一探测粒子：背散射电子LSEM指标分辨率；放大倍数；景深LSEM样品制备1样品在真空中稳定，不能有水分，表面污染，断口或截面，磁性样品；样品座直径3-5nm或30-50nm；高度5-10mm2：块状样品：导电材料，非导电或者导电性很差的材料需要镀膜处理3：粉末样品：镀上导电膜4：镀膜方法：真空镀膜，离子溅射镀膜（惰性气体氩，5*10-2Torr）L常用显微镜对比常用显微镜对比光学显微镜SEMSPM精品文档

精品文档样品操作环境空气，液体，真空真空空气，液体，真空景深小大中焦深中大小X，丫向的分辨率1um5nm2-10nm对AFM，1A对STMz向上的分辨率0.05nm方法倍数1-2*10-310-065*10"2-10"8需要的样品量小少量到微量少量或者不需要样品特征不能对所用波长的光完全透明样品不能聚集电荷并且承受真空样品在高度方向上不能有大于10um的原位变化8.其他技术令低能电子衍射（LEED）倒易晶格（必考）：E呵 同=1/（|讣*忖可虫［ =/再同工r立=呻电1r:样品到荧光屏的长度，Edward球的半径为丁零点位置不变；入射电子能量越高，波长越短，结果荧光屏晶格距离越短；同时表面晶体晶格越长，倒易点阵的晶格距离越短，最后的荧光屏晶格越短。令反射式高能电子衍射8至£。）MdMd5-LX-d5 t（mG=sin0=ttmG=-=sm6同样利用Edward球，可以看出：入射电子能量越高，波长越短，距离越小，点越密集;样品晶体点阵距离越小，d越小，S越大。令红外吸收反射光谱（IRAS/RAIRS）InfraredAdsorption-ReflectionSpectroscopy红外光谱：吸收峰位置形状一结构信息；吸收峰强度一含量信息；？立体构型一化学键强度and热力学函数光谱产生条件：精品文档精品文档Elasticorinelasticscattering(/s)ReflectedElasticorinelasticscattering(/s)Reflected红外光谱总结:透射红外光谱（TIRS）：红外透过的样品，支持金属催化剂，样品高表面积漫反射红外光谱（DRIFTS:DiffuseReflectanceIRS）：TIRS中不能透射的样品，高表面积红外吸收反射光谱（RAIRS）：高反射性样品，低表面积，正前方检测反射光子多重内反射红外光谱（MIR）：也是衰减全反射红外光谱（ATR:attenuatedtotalreflection）吸收函数：A：吸收；蔚：吸收系数分辨率：2-4cm-1M-A-B分子 先为M-A的力常数k〃2 砥为A-B的力常数匕="°。—/'llk） 场为未吸附时的A-B振动频率° ” 匕为吸附后A-B振动频率 四川从上面可以看出：质量越大，吸收频率越高，波数越大，谱图上越靠左*分子在固体表面的覆盖度越大，分子的振动频率越大红外不能检测600cm-1以下的峰优点：1高分辨性；2仪器设备曾单占；3不仅限于超高真空（UHV）,可在大气C高压下进行使用；4理论成熟；扫描速度快（30s-10min）缺点：1灵敏度低于HREELS；2红外不能检测600cm-1以下的峰；3表面法线方向有偶极矩分量的振动模式是活性的（表面选择定则）；4背景差谱表面增加拉曼光谱（SERS:surfaceenhancedramanspectroscopy）拉曼效应一非弹性散射精品文档精品文档经典理论：入射光的电磁场与分子的相互作用；下面三项依次为瑞利，反斯托克斯，斯P量子理论:）/0马归网2P量子理论:）/0马归网2万（％+嚓）］+co%2型匕-唳）］｝（应该不会考，不用管它了）拉曼光谱类型：1：共振拉曼光谱（RRS）；2傅里叶变换拉曼光谱（FTRS）；紫外拉曼光谱（UVRS）；4表面增强拉曼光谱（SERS）P=ceE［增强的两个机理：1电磁场效应（〜104）：金属表面局域电场增强 ；2化学效应（10-100）：金属表面与吸附分子形成电荷转移复合物弋散射示意图今=(l+Z)-2[cosa+(32_sina)%]2今=散射示意图今=(l+Z)-2[cosa+(32_sina)%]2今=4%(1+A)~2cos202:丝>1入射离子质量E。箱撞前离子动能E1福撞后离子动能样品中原子的质量后工辎撞后样品原子动能。「入射离子散射角包-样品原子散射角推测表面原子的质量：M?=M1或:A>1(H+,He+,Ne+,Ar+,Kr+)精品文档

精品文档沟道效应当带电粒子以小角度射入单晶中的一行行原子时，若粒子轨迹被限于原子的行和面之间，可使粒子射程比随机方向射入时显著增加，具有异常的穿透作用。当注入离子沿着基材的晶向注入时，则注入离子可能与晶格原子发生较少的碰撞而进入离表面较深的位置二次离子质谱（SIMS）离子溅射：表面清洁；深度剖析;原理示意图阴影效应二次离子质谱（SIMS）离子溅射：表面清洁；深度剖析;原理示意图阴影效应由于样品表面吸附凹凸不平使检测强度变化成分分析类型：动态次级离子质谱；静态次级离子质谱比较StaticSIMSLowspulteirates

nA-cnJStaticSIMSLowspulteirates

nA-cnJ5keVDynamicSIMS

Highsputterrates

Upto10iiiAvnrE「10*20keVEsseiitiallv"tioH-destmctive0DesimclixeEsseiitiallv"tioH-destmctive0DesimclixeSurfiiceiinalvsisDepthprofilingSurfiiceiinalvsisDepthprofiling溅射阈能：使样品表面出现溅射时初级离子的临界能量精品文档精品文档离子溅射产额：一个初级离子从表面溅射出来的离子的数量 一；其中Ns二次离子的数目；即：入射离子的数目定量分析：次级离子产额 S±=S3士 P：电离几率=1p'liraltn+=secondaryionemissioncurrentIp=primary（incident）ioncurrentSin=sputteringyieldofelementm（ionsandneutrals）a+=proportionofpositiveions0in=fractionalcoverageofmonolayerbyelementmT=transmissionfunctionofmassanalyzer＞得到样品表面的真实组分信息＞能检测包括氢、氮在内的所有元素＞可检测同位素及同位素交换产物＞通过离子碎片的分析，检测表面分子结构＞一定程度上，能够得到晶体结构信息＞可爱行寓子成很分析＞通过深度剖析，可以给出三维成分信息＞灵敏度非常高，ppm-ppb,所有表面分析技术中最灵敏的分析法＞不同成分，灵敏度变化大，定量困难＞复杂表面识谱困难＞动态引MS具有破坏性令高分辨电子能量损失谱（HREELS）E5=E+hoo原理： ；Ei入射电子能量；Es反射电子能量；嘘表面振动频率半峰宽看出入射电子的能力分布电子束在表面发射非弹性散射：1激发晶格振动或吸附分子振动能级跃迁（~meV）；2激发等离子体激发或价带电子跃迁（1-10eV）；激发芯能级电子跃迁（1000eV）散射：偶极散射（表面选择规则）；碰撞散射；负离子共振散射9.真空的获得与测量＞真空：充有低于大气压压强的气体的给定空间，即分子密度小于精品文档精品文档10-9molecules10-9molecules2.5X 5 cm。真空单位：>真空划分:低真空(Rough(low)vacuum)： 760-10^Torr中真空(Mediumvaeuuni): IO-3-1(l'sTorr高真空｛Highva