材料分析方法第16章其他显微结构分析方法

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
二、衍射花样的观察和记录
如图16-7所示，电子经三级聚焦杯加速、 聚焦并准直， 入射到位于半球形接收极中心的样品上。栅极G1与样品同
0.5~1 0.5~2 10-12 10-16 50~10000 Z4 (Z 11时灵敏度差) (1~5)% 1.33 10-3 非导体大，一般无
100
1~2 < 0.005
10-13 10-19 0.01~100 所有元素 (对He、 Hg等灵敏度较差)
1.33 10-6 严重，可剥层分析
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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
分析性能
电子探针
离子探针
俄歇谱仪
空间分辨率/m 分析深度/ m
采样质量/g 检测质量极限/g 检测浓度极限/10-6
可分析元素
定量精度(wc 10%) 真空度要求/Pa 对样品损伤 定点分析时间/s
2Um 1 r eB2 e / m
(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
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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，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
以上二式称二维劳厄条件
图16-3 垂直入射时一维点列的衍射
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
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第二节 低能电子衍射分析
wenku.baidu.com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
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
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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2~3个原子层，分别以二维方式参 与衍射，不足以构成三维衍射
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
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第十六章 其他显微结构分析方法
0.05
0.1 < 0.005
10-16 10-18 10~100
Z3
1.33 10-8
小 1000
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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， 激发和溅射二次离子，经 加速和质谱分析，分析区域的直径为1~2m、深度小于5nm 属于表面成分分析的仪器
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
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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
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 11
第二节 低能电子衍射分析
一、二维点阵的衍射
如图16-6，若表面吸附原子呈有序排列，且在基体平移 矢量方向的间距为2a和2b， 则倒易平移矢量为a*/2和b*/2， 在倒易点阵中出现超结构阵点(空心圆圈)
图16-6 样品表面吸附的杂质原子的排列
a) 二维点阵超结构 b) 倒易点阵
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第二节 低能电子衍射分析
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)
图16-4 a) 二维点阵及其b) 倒易点阵 式中，dhk为点列间距 10
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
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第二节 低能电子衍射分析
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12~20kV，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
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第一节 离子探针显微分析
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
满足另一衍射条件
bsin = k (16-4)