薄膜制备与分析PPT课件
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Pascal (Pa):
– SI unit equal to N/m2
mBar:
– Equal to 1x10-8 Pa.
Torr or mmHg:
– Most commonly used pressure unit, based on mercury vacuum gauges.
.
14
概论 真空技术原理
This energy is known as the surface free energy. In the case of liquid interfaces, this energy is called surface tension.
.
4
概论 表面分析技术
❖表面分析技术是人们为了获取表面的物理、
.
6
概论 表面分析技术
探测粒子 e e e e e e e e e e e e e e
发射粒子 e e e e e e e e I e e e
分析方法名称 低能电子衍射 反射式高能电子衍射 俄歇电子能谱 扫描俄歇探针 电离损失谱 能量弥散x射线谱 俄歇电子出现电势谱 软x射线出现电势谱 消隐电势谱 电子能量损失谱 电子诱导脱附 透射电子显微镜 扫描电子显微镜 扫描透射电子显微镜
发射粒子
分析方法名称
e x射线光电子谱
简称
XPS
主要用途
成分、化合态
e 紫外线光电子谱
UPS
分子及固体电子态
e 同步辐射光电子谱
SRPES 成分、原子及电子态
红外吸收谱
IR
原子态
拉曼散射谱
RAMAN 原子态
扩展x射线吸收谱精细结构 SEXAFS 结构
角分辨光电子谱
ARPES 原子及电子态结构
XPS AES ILS
No
No
No
Good Good Bad
10-2-10-3 10-2-10-3 10-9
Good Yes
Bad
Good Good Good MLs Bad Yes Good
Yes Good Good MLs Good Yes Yes
Yes Good Good MLs Good Yes Bad
❖固体的表面、或者说界面， 在人们的社 会实践中起着极为重要的作用。
❖表面科学的研究，对整个科学技术的发 展具有重要的意义。
❖表面科学包括表面物理、表面化学、表 面电子学、表面生物学等。
.
2
概论 表面及表面科学
❖固体表面：物体与真空或气体的界面。
❖固体表面可以指从单一的第一个原子层到 几个原子层厚度的表面层，甚至深达几个 微米的表面层。
wk.baidu.com
I
I
离子探针质量分析
I
I
静态次级离子质谱
I
n
次级中性离子质谱
I
I
离子散射谱
I
I
卢瑟福背散射谱
I
e
离子中和谱
I
离子激发x射线谱
.
简称
IMMA SSIMS SNMS ISS RBS INS IEXS
主要用途
微区成分 成分 成分 成分、结构 成分、结构 最表层电子态 原子及电子态
8
概论 表面分析技术
探测粒 子
❖在热力学平衡的条件下，固体表面的化学
组成、微观结构、原子振动状态等均会与
固体内部产生一定的差异。
.
3
概论 表面及表面科学
Since it requires energy to terminate the bonding, the surface is energetically less stable than the bulk.
.
简称 LEED RHEED AES SAM ILS EDXS AEAPS SXAPS DAPS EELS ESD TEM SEM STEM
主要用途 结构 结构 成分 微区成分 成分 成分 成分 成分 成分 原子及电子态 吸附原子态及成分 形貌 形貌 形貌
7
概论 表面分析技术
探测粒子 发射粒子
分析方法名称
❖真空的划分
➢ Atmospheric: 760 Torr ➢ Low Vacuum: 1 to 1x10-3 Torr
I
光子诱导脱附谱
PSD
原子态
.
9
概论 表面分析技术
探测粒子 发射粒子
分析方法名称
E
e
场电子显微镜
E
I
场离子显微镜
E
I
场离子显微镜-原子探针
E
e
场电子发射能量分布
E
e
扫描隧道显微镜
T
n 热脱附谱
n
中性粒子碰撞诱导辐射
n
n 分子束散射
AW
AW 声显微镜
.
简称
主要用途
FEM FIM
结构 结构
AP-FIM 结构及成分
薄膜制备与表面分析
Thin Film Synthesis and Surface Analysis
Qing-Yu Zhang
State Key Laboratory for Materials Modification by Laser, Ion and Electron Beams
.
1
概论 表面及表面科学
FEED STM TDS SCANIIR
电子态 形貌 原子态 成分
MBS
结构、原子态
AM
形貌
10
概论 表面分析技术
部分表面分析设备的分析范围
.
11
概论 表面分析技术
测氢 元素灵敏度均匀性 最小可检测灵敏度 定量分析 化学态判断 谱峰分辨率 识谱难易 表面探测深度 空间分辨率 无损检测 理论数据完整性
化学等方面的信息而采用的一些实验方法
和手段。
Excitation source
Signal Detector
Event Sample
Energy Selector
.
5
概论 表面分析技术
❖一般地说，它是利用一种探测束——如 电子束、 离子束、光子束、中性粒子束 等，有时还加上电场、磁场、热等的作 用，来探测材料的形貌、化学组成、原 子结构、原子状态、电子状态等方面的 信息。
.
ISS RBS
No
No
Good Good
10-2-10-3 10-2-10-3
Bad Good
SIMS Yes Bad 10-4-10-5 Bad
Bad Bad
Bad
Bad Bad Good
-
-
-
ML ML-m ML- MLs
Bad
Bad
Good
No
Yes
Yes
Yes Good Bad
12
概论 真空技术原理
❖为了使被研究的样品不被周围气氛所污 染，获取“原子清洁”的表面，表面分 析过程往往是在真空或超高真空中进行 的。目前，人们所广泛使用的很多表面 分析设备都具有真空系统。
❖薄膜制备设备往往涉及真空系统。
.
13
概论 真空技术原理
❖真空单位
Atmospheres (atm):
– Scale relative to our atmospheric pressure as 1 atm
– SI unit equal to N/m2
mBar:
– Equal to 1x10-8 Pa.
Torr or mmHg:
– Most commonly used pressure unit, based on mercury vacuum gauges.
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概论 真空技术原理
This energy is known as the surface free energy. In the case of liquid interfaces, this energy is called surface tension.
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概论 表面分析技术
❖表面分析技术是人们为了获取表面的物理、
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概论 表面分析技术
探测粒子 e e e e e e e e e e e e e e
发射粒子 e e e e e e e e I e e e
分析方法名称 低能电子衍射 反射式高能电子衍射 俄歇电子能谱 扫描俄歇探针 电离损失谱 能量弥散x射线谱 俄歇电子出现电势谱 软x射线出现电势谱 消隐电势谱 电子能量损失谱 电子诱导脱附 透射电子显微镜 扫描电子显微镜 扫描透射电子显微镜
发射粒子
分析方法名称
e x射线光电子谱
简称
XPS
主要用途
成分、化合态
e 紫外线光电子谱
UPS
分子及固体电子态
e 同步辐射光电子谱
SRPES 成分、原子及电子态
红外吸收谱
IR
原子态
拉曼散射谱
RAMAN 原子态
扩展x射线吸收谱精细结构 SEXAFS 结构
角分辨光电子谱
ARPES 原子及电子态结构
XPS AES ILS
No
No
No
Good Good Bad
10-2-10-3 10-2-10-3 10-9
Good Yes
Bad
Good Good Good MLs Bad Yes Good
Yes Good Good MLs Good Yes Yes
Yes Good Good MLs Good Yes Bad
❖固体的表面、或者说界面， 在人们的社 会实践中起着极为重要的作用。
❖表面科学的研究，对整个科学技术的发 展具有重要的意义。
❖表面科学包括表面物理、表面化学、表 面电子学、表面生物学等。
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概论 表面及表面科学
❖固体表面：物体与真空或气体的界面。
❖固体表面可以指从单一的第一个原子层到 几个原子层厚度的表面层，甚至深达几个 微米的表面层。
wk.baidu.com
I
I
离子探针质量分析
I
I
静态次级离子质谱
I
n
次级中性离子质谱
I
I
离子散射谱
I
I
卢瑟福背散射谱
I
e
离子中和谱
I
离子激发x射线谱
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简称
IMMA SSIMS SNMS ISS RBS INS IEXS
主要用途
微区成分 成分 成分 成分、结构 成分、结构 最表层电子态 原子及电子态
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概论 表面分析技术
探测粒 子
❖在热力学平衡的条件下，固体表面的化学
组成、微观结构、原子振动状态等均会与
固体内部产生一定的差异。
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概论 表面及表面科学
Since it requires energy to terminate the bonding, the surface is energetically less stable than the bulk.
.
简称 LEED RHEED AES SAM ILS EDXS AEAPS SXAPS DAPS EELS ESD TEM SEM STEM
主要用途 结构 结构 成分 微区成分 成分 成分 成分 成分 成分 原子及电子态 吸附原子态及成分 形貌 形貌 形貌
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概论 表面分析技术
探测粒子 发射粒子
分析方法名称
❖真空的划分
➢ Atmospheric: 760 Torr ➢ Low Vacuum: 1 to 1x10-3 Torr
I
光子诱导脱附谱
PSD
原子态
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概论 表面分析技术
探测粒子 发射粒子
分析方法名称
E
e
场电子显微镜
E
I
场离子显微镜
E
I
场离子显微镜-原子探针
E
e
场电子发射能量分布
E
e
扫描隧道显微镜
T
n 热脱附谱
n
中性粒子碰撞诱导辐射
n
n 分子束散射
AW
AW 声显微镜
.
简称
主要用途
FEM FIM
结构 结构
AP-FIM 结构及成分
薄膜制备与表面分析
Thin Film Synthesis and Surface Analysis
Qing-Yu Zhang
State Key Laboratory for Materials Modification by Laser, Ion and Electron Beams
.
1
概论 表面及表面科学
FEED STM TDS SCANIIR
电子态 形貌 原子态 成分
MBS
结构、原子态
AM
形貌
10
概论 表面分析技术
部分表面分析设备的分析范围
.
11
概论 表面分析技术
测氢 元素灵敏度均匀性 最小可检测灵敏度 定量分析 化学态判断 谱峰分辨率 识谱难易 表面探测深度 空间分辨率 无损检测 理论数据完整性
化学等方面的信息而采用的一些实验方法
和手段。
Excitation source
Signal Detector
Event Sample
Energy Selector
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5
概论 表面分析技术
❖一般地说，它是利用一种探测束——如 电子束、 离子束、光子束、中性粒子束 等，有时还加上电场、磁场、热等的作 用，来探测材料的形貌、化学组成、原 子结构、原子状态、电子状态等方面的 信息。
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ISS RBS
No
No
Good Good
10-2-10-3 10-2-10-3
Bad Good
SIMS Yes Bad 10-4-10-5 Bad
Bad Bad
Bad
Bad Bad Good
-
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ML ML-m ML- MLs
Bad
Bad
Good
No
Yes
Yes
Yes Good Bad
12
概论 真空技术原理
❖为了使被研究的样品不被周围气氛所污 染，获取“原子清洁”的表面，表面分 析过程往往是在真空或超高真空中进行 的。目前，人们所广泛使用的很多表面 分析设备都具有真空系统。
❖薄膜制备设备往往涉及真空系统。
.
13
概论 真空技术原理
❖真空单位
Atmospheres (atm):
– Scale relative to our atmospheric pressure as 1 atm