材料表面仪器分析.

1.2 表面分析技术分类（Ⅰ）
1.2 表面分析技术分类（Ⅰ）
1.2 表面分析技术来自百度文库Ⅱ）
组分分析方法
性能：
能否测氢元素；灵敏度；定量分析；判断化学态； 谱线分辨率；探测深度；微区分析；破坏性；理论的完 整性
举例：
• XPS：判断化学态；检测时对样品损坏小；定量分析较 好；特别适合于做化学分析，又称化学分析电子能谱 (ESCA)。 AES：一般性能较好；结构简单，应用广泛；微区分析。
凝聚相与气相形成的界面称为表面。
1.1 表面与体内
固体表面的物理化学性质常常和体内不同，这是因为表面 是固体的终端。
在热力学平衡的条件下，表面的化学组成、原子排列、 原子振动状态等都常常和固体的内部情况不同。
由于表面向外的一侧没有近邻原子，表面原子有一部分 化学链伸向空间(形成“悬挂键”)，因此表面具有很活跃 的化学性质。 固体内部三维周期势场在表面中断，因此表面原子的电 子状态也和体内不同。 这些不同使表面具有某种特殊的力学、光学、电磁、电 子和化学性质。
第1章 绪论
• 表面
• 表面分析 • 常用的表面分析技术 • 表面分析技术的应用
1.1 什么是表面
物体和真空或气体的界面称表面。
固体表面有时指表面的第一原子层，有时指上面 几个原子层有时指厚度达几微米的表面层。 固—固界面、固—液界面、液—液界面的现象和 表面有一定的联系。
两凝聚相间的边界区域称为界面。
在自然认知领域已形成了两种基本观点： 其一认为感知就是消极接受外部信息，仅此而已； 但另一种观点认为所接受的外来信息实际上都经过 积极和创造性的加工而转化为一种新的信息，而此 观点更被人们广泛接受。
神奇的眼睛
传统与现代表面分析
（1）传统表面分析理论主要建立在经典物理的基础 上，依靠光学原理或机械方法对物体表面进行观 察和测量，如光学显微镜，摩擦测试仪等等；只 能对物体表面进行定性或者半定量分析；
电子离子发射、晶体生长、表面的硬度、摩擦和润滑、薄 膜的附着和粘接、材料的脆断和晶粒边界杂质的偏析以及 各种薄膜课题如光学膜、磁性膜、超导膜、钝化膜、太阳 能薄膜等。生物膜的研究亦与表面研究有联系。
1.2 表面分析技术
表面分析技术就是研究表面的形貌、化学组分、原子结 构(即原子排列)、原子态(即原子运动和价态）、电子态 (又称电子结构)等信息的一种实验技术。
（2）现代表面分析理论主要建立在量子物理基础上， 依靠微观原子和电子之间的相互作用，结合计算 机技术；能够对物体表面进行微观和成分分析， 甚至实现无损分析；
成分分析
1、传统分析：滴定分析；（耗费量太大） 2、现代分析：仪器分析；XRF和XDS分析； （无损，微量分析）
分析结果
1、XRF检验发现：头发中金属铅和铝含量 严重超标，其中铅为正常人的6倍以上，铝 为4倍左右；其它轻金属未检出；其它金属 仅检出铜和铁，含量均在正常人范围之内； 无机物中仅检出碳、磷、氧和硅； 2、XPS半定量检验结果同上，其中铅为正二 价，铝为正三价，说明此两种金属以氧化 态存在于头发中；
扫描隧道显微镜（STM）的基本原理、应用以及样品制备 原子力显微镜（AFM）的基本原理、成像模式和样品准备
第7章 电子显微分析（3学时）
扫描电子显微镜（SEM）的基本原理、应用以及样品制备 透射电子显微镜（TEM）的基本原理、成像模式和样品准备
表面分析
人类天生具有用双眸洞察微观世界的渴望，并 且始终是通过唯一的途径--视觉来捕捉尽可能详细的 信息。
利用电子、光子、离子、原子、强电场、热能等与 固体表面的相互作用，测量从表面散射或发射的电 子、光子、离子、原子、分子的能谱、光谱、质谱、 空间分布或衍射图像，得到表面成分、表面结构、 表面电子态及表面物理化学过程等信息的各种技术， 统称为表面分析技术。
1.2 表面分析相关的几个名词
表面的形貌指表面的“宏观”外形； 表面的组分分析包括测定表面的元素组成、表面元素的化学态 及元素在表层的分布； 表面的结构分析研究表面的原子排列； 表面的原子态分析包括测量表面原子或吸附粒子的吸附能、振 动状态以及它们在表面的扩散运动； 表面的电子态包括表面能级的性质、表面态密度分布，表面电 荷密度分和及能量分布等。
1.1 表面与体内的差别
表面组分不同
表面分凝
铜镍合金中铜含量随深度的变化
由A、B两种原子组成的固体表面附近的情况，C为外来原子
1.1 表面与体内的差别
表面的原子排列与体内不同
表面缺陷示意图
1.2 表面科学
表面科学研究表面和与表面有关的过程，包括宏观的 和微观的。
近十几年来表面科学从原子水平来认识和说明表面原子 的化学、几何排列、运动状态、电子态等性质及其与表 面宏观性质的联系，推动了基础研究和新技术的发展。 大规模集成电路 催化领域 化学腐蚀
第1章 表面科学的研究方法（2学时）
表面与表面科学、表面分析方法概述
第2章 电子与样品的相互作用（1学时）
课 堂 讲 授 内 容
第3章 X射线荧光光谱分析（3学时）
基础理论 仪器的结构与分析条件的选择 定量分析方法和基体效应
第4章 表面电子能谱（3学时）XPS、AES 第5章 表面离子谱（3学时）SIMS、FIM 第6章 扫描探针技术 （3学时）
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1.2 表面分析技术（Ⅱ）
组分分析方法
举例：
• SIMS：具有很高的检测灵敏度，ppm甚至10ppb；可以测 H及同位素、分子团（有机化学分析）；很高的空间分 辨，适合于作微区分析；对样品有一定的破坏性 RBS：虽然探测深度较大；给出的组分信息只能代表 “表面层”的平均信息；可作无损的深度分析；定量分 析很好；由于理论上的完整性，用它作定量分析无需标 准样品。
1.2 常用表面分析技术
AEAPS、AES、APFIM、APS 、ARPES 、 ARUPS 、DAPS 、EDAX 、EELS 、ELL 、EPMA 、 ESCA 、ESD 、EXAFS 、FDS 、FEM 、EIM 、 HREELS 、IEAES 、ILS、IMMA、INS、IPES、 IRRAS、ISS、LEED、LEELS、LEIS、MEED、 NIIR、NEXAFS、 PDMS、 PIAES、 PIXE、PYS、 RBS、RHEED、RPAPS、SAM、SEELFS、SIMS、 SNMS 、SXAPS 、UPS 、XPAPS 、XPS 、STM、 AFM