表面科学的繁荣得益于超高真空技术和电子能谱技术的发展。表面研究的困难在于站污引起表面的不确定性。在实验中为了保证清洁表面或定量吸附表面不受剩余气体的站污,好的超高真空条件(1、IJSPa)是必需的。高质量的表面实验不仅应排除不受控制的吸附,而且要求有完善周期性的表面结构。在不同的尺度上(原子尺度,或者表面几层的平均信息)研究表面聚集依赖于实验仪器本身对于表面的灵敏度。可用作表面研究的手段多达五十种以上[21,其中不少是传统的物理实验方法。下面介绍一下最常用的三种表面成分分析方法。
俄歇电子能谱(AEs)[3]
俄歇电子起源于原子内壳层电子被激发后引起的电子间的跃迁[4l,图1.1示意地描述了这一过程。水晶滴胶具有足够能量的入射电子束撞走一个内层芯电子,使一个靶原子离化。受激原子通过外层电子跃迁到低能态,填充空位而得到弛豫。跃迁电子结合能变化时产生多余的能量通过发射X射线或俄歇电子而释放出来。俄歇电子的能量与入射电子能量无关,只与它的原子壳层有关,从而可表征原子及电子壳层。
俄歇电子的特征能量与发射原子序数有关,从能谱的俄歇峰可鉴别原子属于何种元素,而由俄歇电子的计数可测定原子的浓度。对固体表面,AES可分析原子序数泛3的元素。对Z值不太大的元素,分析灵敏度可达10一,(原子浓度比)。以电子作激发时,由于电子辐照亮度高和电离截面大,扫描AES图的横向分辨率可达50nln,纵向深度分析由溅射剥离层实现,因此AES可用作表面微区的三维组成分析。俄歇电子能谱目前广泛应用于多元体系表面的成分分析,杂质的深度分布,晶粒间界的元素成分分析等,但其得到的成分为表面几个原子层内的平均值。
在离子同固体表面的相互作用下,若检测到的离子是经表面碰撞后背散射出来的入射离子,测量它们碰撞后损失的动能,可获得有关原子的种类及晶格排列等信息、。当入射离子能量较低时(粒子动能为100eV至几千eV),可以得到低能离子散射谱(155)(Ionseattedngspeetroseopy)。散射电子的密度xs为l’]:
其中k是几率常数,N是某种散射原子的数目,10是入射离子束的密度,G是散射截面,G是仪器本身的几何因素。对于确定表面方向的单晶体,155可以确定表面的晶体结构阵’】。由于低能离子的散射截面和离子在表面内外的中和几率都很高,使得155的信息、深度仅仅是表面的最外一层或二层,所以巧S技术是一种有效的表面分析手段。155既可用于表面化学组分的确定,又可推断出一些几何结构,在一定条件下亦可进行半定量的分析工作,探测的极限在0.1%单原子层左右。www.rongrun.net就成分分析而言,由于155具有只检测最外层原子的表面灵敏度,因此特别适用于研究合金表面的成分聚集。
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