离子散射谱(iss)讲课教案.ppt

ISS 分析——峰高和定量分析 峰高是ISS定量分析的基础。 检测器接收到的离子流为： 对于均匀的非氧化材料，如i、j二种元素的，可近似有： ISS 分析——峰高和定量分析 一般认为ISS谱峰面积与最外层表面原子浓度成正比，比例系数可用标准样品确定。 利用标准试样，在一定的范围内，可用散射离子流的比值求出表面成分。 ISS 应用 ISS作为表面灵敏的一种手段，既可用于确定表面化学组份，又可推断一些几何结构如原子晶格排列等。 一定条件下还可进行半定量的分析工作。 探测的极限也在0.1％单原子层左右。 ISS已广泛应用于表面吸附，离子诱导解吸，化合物的表面成分和催化，合金表面成分及电子轰击引起的表面过程的研究中。 ISS 应用 成分/结构分析：因为ISS具有只检测最外层原子的表面灵敏度，所以特别适用于研究合金表面的分凝及吸附等现象。 通过清洁表面和吸附表面的谱图对比，Ni峰比Cu峰的比例发生了明显的变化，说明CO优先吸附在Ni原子上。 CO在Cu-Ni合金上吸附前后的ISS谱 清洁表面 吸附表面 ISS 应用 成分/结构分析：因为ISS具有只检测最外层原子的表面灵敏度，所以特别适用于研究合金表面的分凝及吸附等现象。 图中O峰远高于C峰，说明CO以分子形式立着吸附在Ni表面上，且O原子朝外。 CO吸附在Ni(111)面上的离子散射谱 表面结构分析：借助于ISS的阴影效应，可以进行表面吸附结构的测定以及单晶表面原子的排列研究。 通过腐蚀证明，锌的那一面有一个很大的锌单次散射峰和一个较小的锌双散射峰，但没有硫峰。而对面有一个突出的硫峰和一个较小的双散射鼓包，只有一点锌的痕迹。 证实了ZnS的单极存在。 ISS 应用 在ZnS晶体的两个向对的(111)面上的散射谱 ISS 应用 成分分析存在的问题： （1）难认的谱峰。可能是由于离子除了同表面单个原子碰撞外，还同表面原子及其近邻的原子一齐碰撞而产生的。 （2）因离子照射所引起的表面损伤。虽然低能离子(1KeV)引起表面的损伤小于高能量的离子，但在几百伏的Ar离子轰击下也会产生可观察到的溅射作用。 弥补方法：降低入射离子电流，使样品处于“静止”状态。 结构分析存在的问题：理论上不如低能电子衍射(LEED)成熟 ISS 应用 可用ISS研究铜膜氧化的表面反应过程，表面原子间距的测量及材料表面结构等。 ISS在表面分析中可对较宽质量范围的元素进行定性或半定量的分析，是一种表面检测的有力手段之一。 Thank You 阴 影 效 应 ISS 谱仪——能量分析器 装有角分辨滚筒的CMA PHI公司生产的ISS/ ESCA/AES系统,在双通CMA中加了一个角分辨滚筒，可在不同的散射角上作能量分析 * * * * * * 内 容 提 要 引言 ISS基本原理 ISS谱仪 ISS分析 ISS的应用 引 言 材料表面分析技术 表面形貌分析 表面组分分析 表面结构分析 ISS 对固体表面离子散射的研究，最早源于1967年。当时，Smith首先低能粒子散射做表面分析。 引 言 离子作为探测束的优点：可得到最表层的信息，具有很高的检测灵敏度，能给出十分丰富的表面信息等 离子散射谱一般分为两种： 低能离子散射谱，一般称为离子散射谱(ISS) 高能离子散射谱，一般称为Rutherford背散射谱(RBS) 低能离子散射谱(ISS)：入射离子能量较低(离子动能为100电子伏至几千电子伏) Rutherford散射谱(RBS)：入射离子能量很高(25千电子伏到几个兆电子伏) 引 言 ISS和RBS理论基础：入射离子与靶原子进行弹性碰撞。 根据弹性散射理论，由于散射离子的能量分布和角分布与表面原子的原子量有确定的关系，通过对散射离子进行分析就可以得到表面单层元素组分及表面结构的信息。 ISS 基本原理 质量ｍ1和能量Ｅ0的一次离子入射到靶原子质量为ｍ2的样品表面后,在固定散射角处测量弹性散射后的一次离子的能量分布 若入射离子的原子量为m，原子在靶晶格上的结合能<<入射离子能量<<mkeV 离子与表面主要发生弹性散射，此过程遵从两个刚性球的弹性碰撞原理 ISS 基本原理 根据经典力学的弹性散射原理： 其中? = M2/M1，? ?1时取正号。在ISS中，通常α?1，因此常用的散射离子能量公式为 离子散射过程 ISS 基本原理 1.8 keV的He+, Ne+, Ar+所得到的Mo的离子散射谱 ISS 基本原理 用不同质量的离子入射到Au-Ni合金所得到的具有不同分辨率的离子散射谱 ISS 谱仪 典型的ISS装置示意图 ISS 谱仪 低能离子散射实验示意图 ISS 谱仪 ISS分析的本质是散射离子的能量分析。因此，