材料分析方法 第3版 教学课件 ppt 作者 周玉 第16章
116页1、1,第二篇 材料电子显微分析,第八章 电子光学基础 第九章 透射电子显微镜 第十章 电子衍射 第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析 第十二章 高分辨透射电子显微术 第十三章 扫描电子显微镜 第十四章 电子背散射衍射分析技术 第十五章 电子探针显微分析 第十六章 其他显微结构分析方法,2,第十六章 其他显微结构分析方法,本章主要内容 第一节 离子探针显微分析 第二节 低能电子衍射分析 第三节 俄歇电子能谱分析 第四节 场离子显微镜与原子探针 第五节 扫描隧道显微镜与原子力显微镜 第六节 X射线光电子能谱分析 第七节 红外光谱,3,第十六章 其他显微结构分析方法,本章主要内容 第八节 激光拉曼光谱 第九节 紫外-可见吸收光谱 第十节 原子发射光谱 第十一节 原子吸收光谱 第十二节 核磁共振 第十三节 电子能量损失谱 第十四节 扫描透射电子显微镜,4,第一节 离子探针显微分析,表16-1为几种表面分析方法的功能指标,供参考,表16-1 几种表面微区成分分析技术的性能对比,5,第一节 离子探针显微分析,离子探针利用电子光学方法, 将初级离子加速并聚焦成 细小的高能离子束轰击样品表面, 激发和溅射二次
2、离子,经 加速和质谱分析,分析区域的直径为12m、深度小于5nm 属于表面成分分析的仪器 主要性能指标及与其他仪器的对比见表 16-1, 除空间分辨率 外,其他性能均优于电子探针 离子探针仪的结构见图16-1, 等离子流发生器将气体电离, 加速电压为1220kV,经扇形 磁体偏转后,由电磁透镜聚焦 成细小的初级离子束,轰击选 定的样品分析点,图16-1 离子探针结构示意图,6,第一节 离子探针显微分析,首先, 二次离子进入径向电场为E 的圆筒形电容器式静 电分析器,运动轨迹半径 r 为, r = mv2/Ee (16-1) 式中, e 和 m 是离子电荷和质量;v 是离子速度 随后,二次离子在进入扇形磁铁内的均匀磁场(磁感应强度为 B),按e/m 进行分类。若引出二次离子的加速电压为U,则磁 场内离子轨迹的半径 r 为 (16-2) 即离子轨迹半径 r 反比于二次离子荷质比的平方根(e/m)0.5 最后,信号经放大,获得离子探针质谱图,7,第一节 离子探针显微分析,图16-2所示为典型的离子探针质谱分析结果,初级离子为 18.5keV氧离子,样品为硅半导体 质谱分析的背底强度几乎为零,
3、故 其检测灵敏度极高,检测质量极限 达10-19数量级,相当于几百个原子 利用初级离子溅射剥层,可获得元 素浓度随深度的变化 当初级离子在样品表面扫描时,选 择某离子信号调制成像,可获得该 元素面分布图像,图16-2 典型的离子探针质谱分析结果,8,第二节 低能电子衍射分析,低能电子衍射的入射电子能量为10 500eV 参与衍射的样品仅为表面一个原子层,即使电子能量较高(100eV),也仅限于23个原子层,分别以二维方式参与衍射,不足以构成三维衍射 衍射二维的特点使其成为固体表面结构分析的重要工具 对于低能电子衍射,保持样品的表面清洁非常重要,以避免杂质吸附产生额外的衍射效应 衍射分析过程中,要求表面污染度始终低于1012个/cm2杂质原子。故必须采用无油真空系统,且要求真空度应优于1.3310-8Pa,9,第二节 低能电子衍射分析,一、二维点阵的衍射 如图16-3所示,当波长为 的电子波垂直入射一维点列 (平移矢量为 a )时,在与入射反方向交成 角的背散射方向 上,散射波将相互加强,满足 asin = h (16-3) 式中,h 是整数。若二维点阵平移矢量分别为 a 和 b,则需
4、满足另一衍射条件 bsin = k (16-4) 以上二式称二维劳厄条件 在此条件下, 衍射方向为, 以入射反方向为轴、 以 和 为半顶角的两个圆锥面的 交线,图16-3 垂直入射时一维点列的衍射,10,第二节 低能电子衍射分析,一、二维点阵的衍射 如图16-4所示,二维点阵常数为a和b,相应倒易点阵常 数a*和b*,它们满足关系如下 a a* = b b* = 1 a b* = b a* = 0 (16-5) a* = b/A, b* = a/A 式中,A = a b 是二维 点阵的“单胞”面积 在二维倒易点阵中,倒易 矢量 ghk垂直于(hk)点列, 其大小ghk为 ghk = 1/dhk (16-6) 式中,dhk为点列间距,图16-4 a) 二维点阵及其b) 倒易点阵,11,第二节 低能电子衍射分析,一、二维点阵的衍射 如图16-5所示,爱瓦尔德球半径为1/,ghk对应倒易阵 点G的倒易杆交反射球于A和A,在背散射方向的衍射波矢 量为k,则有 ksin = g 即 d sin = (16-7) 式(16-7)是二维点阵衍射的 布拉格定律,图16-5 二维点阵的爱瓦尔德球图解,1
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