第12章 X射线光谱分析法12.5 离子散射能谱法与离子探针.ppt

第十二章 X射线光谱和表面分析法
第五节
离子散射能谱与电子探针分析法
概述
离子散射能谱法
次级离子质谱法
X-ray spectrometry and surface analysis
Ion scattering spectrometry and ion-probes
2017/11/11
概述
当几百至几兆 eV能量的离子束作用于物质表面时,与光子束和电子束类似,同样发生各种相互作用而给出有关表面的各种分析信号。
离子散射光谱法(ISS)
次级离子质谱法(SIMS)
离子束的能量不同,将使离子束与物质表面的主要作用方式改变,形成下表中的各种离子探针分析技术。
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表
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离子散射能谱法
当小质量的离子(He2+)离子束轰击物质表面时,弹性核-核库仑作用将成为主要的作用方式,从而引起初级离子的弹性大角度散射,图。
测量背散射初级离子能量损失谱可获得物质表面散射原子的质量,即为离子散射光谱法。
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离子散射能谱
由于发生了弹性碰撞,能量和动量守恒,对于给定的散射角,在粒子质量和能量之间存在以下关系:
当=90时:
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离子散射能谱
被散射的He2+ 将其具有的一部分的动能转移给了靶原子而导致能量损失,能量损失的大小取决于所涉及原子的质量和散射角。
从散射离子的能量可以获得样品表面的原子质量和原子所处位置的信息。
按离子束的能量不同,分为:
卢瑟福背散射能谱法(RBS): 1~3MeV
低能离子散射能谱法(ISS): ~6 keV
目前唯一一种对单原子层有选择性而不考虑下层原子种类的表面分析技术,也是最灵敏的方法。
应用于基础研究中。
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仪器
电子束轰击气体离子生成离子如He2+,经过负电压加速以45角聚焦于样品表面。
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次级离子质谱法(secondary ion mass spectrography, SIMS)
在能量为几个keV的重粒子(离子或中性粒子)轰击下,固体表面(1~几个原子层)发射光子、电子、带电或不带电原子或发分子(或碎片)等,发射的二次离子经质量分析器分离后,进入离子检测器。
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金属元素:利用正离子进行分析; Y 在1~10;
非金属离子:负离子分析;
溅射产率Y :在离子束轰击下,样品表面离子逸出的几率,即一个入射离子平均从表面上溅出的离子数。
静态法:初级电流密度低,单原子层的原子被溅出,分子碎裂少,非常薄的表层和有机材料的分析,分子表面分析。
动态法:初级电流密度高,~100原子层的速度被除去,不同深度轮廓测量和三维组成分布分析。
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次级离子质谱的仪器结构
常用的束离子有Ar+、Xe+、Kr+、Ga+、O2+、Cs+和O-等。
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