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第一章 能量分析器及微电子流探测 1

前言 1

1.1 能量分析器的一般描述 2

1.1.1 折射场能量分析器的结构 2

1.1.2 能量分析器参数的基本定义 2

1.2 平行板能量分析器 5

1.2.1 平行板能量分析器的结构 5

1.2.2 平行板分析器空间电子运动方程及其解 6

1.2.3 平行板能量分析器的特性 8

1.2.4 平行板型能量分析器的改进 12

1.3.2 圆筒镜能量分析器电子运动方程及其解 15

1.3 圆筒镜能量分析器 15

1.3.1 圆筒镜能量分析器的结构 15

1.3.3 分析器的角聚焦和通过能量公式 18

1.3.4 圆筒镜能量分析器的分辨率 21

1.3.5 圆筒镜能量分析器的改进 21

1.4 球面电极型能量分析器 24

1.4.1 球面电极型能量分析器的结构 24

1.4.2 分析器中电子运动方程及其解 25

1.4.3 分析器的聚焦条件 27

1.4.4 球面电极能量分析器的分辨率 29

1.4.5 分析器的实际应用 32

1.5.1 圆筒电极型能量分析器的结构 33

1.5 圆筒电极型能量分析器 33

1.5.2 分析器中电子运动方程及其解 34

1.5.3 分析器的角聚焦条件和分辨率 36

1.6 四极场能量分析器 38

1.6.1 四极场的结构 39

1.6.2 电子运动方程及其解 40

1.6.3 电子入射点(xo, yo)的确定 42

1.6.4 四极场能量分析器能量离散度和分辨率 42

1.7 减速场能量分析系统 45

1.7.1 分析器结构及工作原理 45

1.7.2 分析器的分辨率 47

1.7.3 完善的三栅或四栅减速场分析器 48

1.7.4 减速场分析器与静电折射式分析器的比较 50

1.8 静电-磁正交场能量分析器 51

1.8.1 正交场结构和工作原理 51

1.8.2 正交场电子聚焦的焦点位置 54

1.8.3 正交场分析器的应用 55

1.9 微弱电子流的检测 55

1.9.1 微弱电子流检测的重要性 55

1.9.2 孔道电子倍增器(channeltron)的结构和工作原理 55

1.9.3 微孔道板(Micro-Channel Plate)的结构和工作原理 57

第二章 超高真空和清洁表面的获得 59

2.1 超高真空的获得 59

2.1.1 引言 59

2.1.2 输运泵 60

2.1.3 吸附泵 65

2.2 超高真空的测量 76

2.2.1 高真空系统总压强的测量 76

2.2.2 超高真空系统总压强的测量 77

2.2.3 极高真空度的测量 78

2.3 真空系统残余气体分析 79

2.3.1 真空系统残余气体分析的重要性 79

2.3.2 四极场质谱分析器的结构 80

2.3.3 带电粒子在四极场中的运动方程 83

2.3.4 Mathieu方程的解及稳定区 84

2.3.5 Mathieu方程解稳定区在四极质谱中的应用 87

2.3.6 四极质谱分辨率的讨论 89

2.3.7 离子倍增探测系统 90

2.4 固体清洁表面的获得 91

2.4.1 引言 91

2.4.2 样品进入真空系统前的化学处理 91

2.4.3 热处理技术 92

2.4.4 气体-固体表面反应 95

2.4.5 离子溅射清洁表面 96

2.4.6 电子受激解吸和光子脱附获得清洁表面 97

2.4.7 在超高真空中剥离获得清洁表面 99

3.1.2 俄歇(Auger)电子的发射过程 101

3.1.1 俄歇(Auger)电子的发现 101

3.1 俄歇电子的发现及发射过程 101

第三章 俄歇电子谱(AES) 101

3.1.3 俄歇(Auger)过程能量的传输 102

3.1.4 俄歇(Auger)跃迁的定义 105

3.2 俄歇电子谱线的表示及分类 106

3.2.1 俄歇电子谱线的表示方法 106

3.2.2 KLpLg谱系谱线的区分 107

3.3 俄歇电子的动能 121

3.3.1 俄歇电子的能量表示法 121

3.3.2 俄歇电子能量的理论计算 122

3.4 俄歇电子在固体中的发射及其强度 126

3.4.1 俄歇电子在自由原子和固体中发射的差别 126

3.4.2 俄歇电子的强度 129

3.5 俄歇电子能谱实验方法及其在表面研究中的应用 134

3.5.1 引言 134

3.5.2 减速场分析法 135

3.5.3 静电折射场能量分析器法 139

3.5.4 俄歇电子谱的应用 140

第四章 低能电子衍射(LEED) 144

4.1 引言 144

4.1.1 什么是低能电子衍射 145

4.1.2 低能电子衍射(LEED)遵守的定律 146

4.1.3 低能电子衍射图样举例 146

4.2 晶体表面晶格和倒易结构 148

4.2.1 二维晶体表面布喇菲(Bravais)晶格 148

4.2.2 晶体表面的倒易晶格 149

4.2.3 倒易空间的倒易矢量及其性质 150

4.3 低能电子表面的衍射图样 152

4.3.1 低能衍射的数学描述 152

4.3.2 低能衍射波矢量的表示形式 155

4.3.3 低能衍射波矢量的性质 157

4.3.4 衍射斑点的表示方法 158

4.3.5 爱华尔德法确定衍射斑 159

4.3.6 低能衍射斑点的强度 161

4.4 低能电子表面衍射的运动学理论 162

4.4.1 引言 162

4.4.2 晶体表面区的势垒模型 163

4.4.3 低能电子的表面衍射及其衍射强度 168

4.5 低能电子表面衍射实验方法 178

4.5.1 低能衍射基本装置 178

4.5.2 低能衍射实验对电子枪的要求 178

4.5.3 低能电子枪中长漂移管的设计 182

4.5.4 低能衍射的实验方法 185

4.6 低能衍射在表面结构分析中的应用 187

4.6.1 清洁表面的特点 187

4.6.2 表面晶格的描述方法 188

4.6.3 倒易空间表面晶格的描述方法及其与衍射斑的关系 190

4.6.4 低能衍射在表面结构分析中的应用 192

4.6.5 电子衍射在分子束外延生长中的应用 193

5.1 光电发射 198

5.1.1 引言 198

第五章 光电子谱(PES) 198

5.1.2 光与物质的作用 200

5.1.3 光电子谱线的特点及表示法 203

5.2 光电发射的基本理论 205

5.2.1 光电子发射的三步理论 205

5.2.2 光电子发射的几率函数 207

5.2.3 偶极发射和表面发射 209

5.3.1 研究光电子强度角分布的重要性 213

5.3.2 自由原子的光电发射时的角分布 213

5.3 光电发射光电子强度的角分布和角分辨电子谱 213

5.3.3 表面光电发射的角分布 214

5.3.4 角分辨的光电子谱(ARPES) 216

5.4 自旋极化光电子的发射与表面分析 218

5.4.1 自旋极化电子的概念和描述方法 218

5.4.2 自旋极化光电子的发现 221

5.4.3 自旋极化光电子发射原理 222

5.4.4 自旋极化光电子在表面分析中的独特功能 224

5.5 光电子能谱的实验技术 226

5.5.1 光源的选择问题 226

5.5.2 实验装置系统 229

5.5.3 光电子谱的能量校准 231

5.6.1 光电子谱的特点 233

5.6 光电子谱在分析中的应用 233

5.6.2 光电子能谱的用途 235

5.7 原子的电离电位 238

第六章 低能离子束散射谱(ISS)和二次离子质谱(SIMS) 246

6.1 导言 246

6.2 低能离子表面散射谱(ISS) 248

6.2.1 低能离子表面散射的基本原理 248

6.2.2 低能离子散射公式讨论 252

6.3 离子束表面散射的微分截面 255

6.3.1 表面散射微分截面的定义 255

6.3.2 微分散射截面的坐标系统变换 256

6.4.1 引言 259

6.4 表面分析离子源和离子束传输 259

6.4.2 高频离子源(rf离子源) 260

6.4.3 热阴极放电离子束源 260

6.4.4 电子轰击离子源(B-A规) 261

6.4.5 离子束的传输 262

6.5 离子表面散射实验及其应用 270

6.5.1 离子表面散射实验装置 270

6.5.2 低能离子表面散射束的能量分析及谱线 273

6.5.3 低能离子表面散射的应用 274

6.6 二次离子质谱 275

6.6.1 表面二次离子的产生机理 275

6.6.2 绝对二次离子的产额 277

6.7 静态二次离子分析方法 279

6.8 二次离子质谱的实验方法及其应用 281

6.8.1 实验装置 281

6.8.2 二次离子的收集系统 281

6.8.3 二次离子谱的应用 283

第七章 电子能量损失谱(EELS) 285

7.1 电子能量损失谱的定义 285

7.2 体及表面等离子体振荡及等离子体激元 287

7.2.1 体等离子体激元损失 287

7.2.2 表面等离子体激元损失 288

7.3 电子能量损失谱电介质极化理论 289

7.3.1 固体等离子体电介质极化的概念 289

7.3.2 电子能量损失量值计算 291

7.4 薄膜表面等离子体振荡的耦合 293

7.5 表面等离子体损失谱的其他特性 295

7.5.1 表面等离子体能量损失的谱线强度与晶体的厚度 295

7.5.2 散射角效应 296

7.5.3 介质覆盖产生的位移 297

7.6 表面声子振动 298

7.6.1 一维有界双原子晶格振动谱 298

7.6.2 周期边界和自由边界时的振动 301

7.7 电子能量损失谱实验研究 305

7.7.1 透射式电子能量损失谱测定法 305

7.7.2 背散射式电子能量损失谱测定 308

7.7.3 高分辨率电子能量损失谱和表面振动研究 310