表面化学分析PDF电子书下载

1.1　表面的重要性 1

1.1.1 表面含义 1

1.1.2 与固体表面有关的现象 1

第1章　绪论 1

1.2　表面特性 2

1.3　表面科学与表面分析 2

1.3.3 表面结构 3

1.3.5　表面电子态 3

1.3.4　表面原子态 3

1.3.2　表面组成及结合状态 3

1.3.1 表面形貌 3

1.4　表面分析技术 4

1.4.1　表面形貌分析 4

1.4.2　表面组分分析 4

1.4.3　表面结构分析 4

1.4.4　表面电子态分析 6

1.4.5　表面原子态分析 6

思考题 6

参考文献 6

2.1.1 电离过程 7

第2章　电子能谱学 7

2.1　基本原理 7

2.1.2 光电子能谱线 12

2.2　结合能的实验测定 18

2.3　表面化学位移 20

2.4　金属原子簇 20

2.5　荷电效应及其补偿 21

2.5.1　装置和技术 22

2.5.2 制样方法 24

2.5.3　谱图校正 24

2.6　反向光电子能谱 25

思考题 26

参考文献 26

第3章　电子能谱仪的结构与实验技术 27

3.1　电子能谱仪结构框图 27

3.2　激发源 27

3.2.1 光子源 27

3.2.2 电子源 31

3.2.3 离子源 32

3.3　能量分析器 32

3.4　检测器系统 35

3.5　真空系统 36

3.6　实验技术 39

3.6.1　谱仪能量标尺校正 39

3.6.2　样品处理 40

3.6.3　荷电校正 40

3.6.4 操作事项 41

3.7　计算机收谱及数据处理 41

3.7.1 计算机对谱仪的控制及收谱 41

3.7.2 计算机对接收数据的处理 41

3.8.2　样品预处理和安装 42

3.8.3　仪器设备 42

3.8　XPS实验报告 42

3.8.1　原始样品来源 42

3.8.4 检定规程、检测方法通则及其他标准 43

3.8.5 实验过程 43

3.8.6　谱图的后处理 43

3.8.7　XPS报告的编写 44

3.9　电子能谱仪的最新进展 44

思考题 44

参考文献 45

第4章　XPS谱图分析 46

4.1　终态效应及电子谱线的伴线结构 47

4.1.1 终态效应 47

4.1.2　XPS中的伴线结构 49

4.2　化学位移与化学态 62

4.3　固体表面能谱 73

4.3.1　价带光电发射 73

4.3.2 表面态 75

4.3.3 内层能级能谱图 76

4.3.4 费密能级的光电子能谱测定 78

4.3.5　温度关系的光电发射 79

4.3.6　表面和体相强度、深度剖析 79

4.3.7 多晶Zn的初始氧化 81

4.3.8 多晶Ni上的吸附研究 83

4.3.9　铂单晶上有机分子的吸附 83

4.3.10 同步辐射应用举例 85

思考题 88

参考文献 88

5.1.2　元素化学态的鉴别 90

5.1.1 元素组成的鉴别 90

5.1　定性分析 90

第5章　XPS的定性、定量分析 90

5.1.3　俄歇参数法 91

5.2　定量分析 97

5.2.1 影响定量分析的因素 99

5.2.2 半定量分析中的影响因素 101

5.2.3　数据收集和强度测量 111

5.2.4　XPS半定量分析方法 113

思考题 122

参考文献 122

6.1.1 生物体系 124

第6章　XPS的应用 124

6.1　XPS的常规应用 124

6.1.2 生物医用材料 125

6.1.3 生物体系表面研究中的实验问题 129

6.1.4　天体地质学 130

6.1.5　环境研究 130

6.1.6 表面研究 131

6.1.7　金属及合金体系 133

6.1.8 聚合物 133

6.1.9　XPS中的溅射深度剖析 139

6.1.10 应用实例 141

6.2　XPS的特殊用途 143

6.2.1 同步辐射的XPS 144

6.2.2　角分解XPS 146

6.2.3 光电子衍射的结构效应 156

6.2.4　XPS峰形分析测定表面纳米结构 163

6.2.5　成像XPS 164

6.2.6 全反射X射线光电子能谱学 170

思考题 174

参考文献 175

第7章　XPS在半导体材料、表面薄膜和微电子器件中的应用 178

7.1　前言 178

7.1.1 电子在材料中的非弹性散射平均自由程和表面灵敏度 178

7.1.2 电子能谱能量参考零点 179

7.1.3　荷电积累 179

7.2　XPS检测半导体表面污染 179

7.2.1　Si表面的污染氧化 179

7.2.2　GeSi表面的氧化 180

7.2.3　GaN表面的污染氧化 181

7.2.5　XPS用于半导体集成芯片的分析 182

7.2.4　GaAs表面的污染氧化 182

7.2.6 XPS检测半导体晶片清洗后的残留物 183

7.3　角分解XPS（ARXPS或可变极角XPS）的应用 183

7.3.1 电子在固体中非弹性散射平均自由程和衰减长度 184

7.3.2　均匀覆盖薄膜 187

7.3.3　Si表面氧化层的测量分析 187

7.3.4 富Ge的SiO2材料表面氧化层的测量分析 189

7.3.5　纵向非均匀相薄层和ARXPS深度剖析 190

7.3.6　物相分散在基体上的覆盖度 192

7.4　富Si氧化硅纳米材料XPS分析 193

7.5　Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体及薄膜的XPS分析 194

7.5.1　GaP/p-Si（100）薄膜的XPS分析 194

7.5.2　GaN的XPS分析 197

7.6　硅基稀土薄膜CeO2的XPS分析及XPS深度剖析 199

7.6.1　铈的XPS谱特点 199

7.6.2　CeO2/Si界面深度剖析 201

7.7　氧化锌的XPS分析 202

7.8　光电子能谱测量半导体的能带 204

7.8.1　Schottky势垒高度的测量 204

7.8.2 半导体异质结能带偏移量的测量 205

7.8.3 用重掺杂方法测量异质结界面Si/Si1-xGex的能带偏移量 207

7.9　CoSi2薄膜在图形衬底上选择生长的研究 208

7.9.1　样品制备及测量 209

7.9.2　SAM结果 209

7.9.3　分析讨论 212

思考题 212

参考文献 213

8.1.3 能带结构及价电子谱 216

8.1.2 阈值光电子谱 216

8.1.1　光助场发射 216

8.1　光电子谱的分类及紫外光电子谱的特点 216

第8章　紫外光电子能谱和XPS价带谱 216

8.1.4　紫外光电子谱 217

8.1.5　X射线光电子谱 217

8.2　基本过程 217

8.3　紫外光源 217

8.3.1 放电灯 217

8.3.2　单色器和偏振器 219

8.4.1　谱峰与样品结构的关系 221

8.4　UPS的应用 221

8.3.3 专用的同步辐射源 221

8.4.2 空态分布和能带结构 226

8.4.3　表面态分析 229

8.4.4　谱图与能级（带）之间的关联 233

8.5　XPS价带谱及其应用 236

8.5.1　和光子源（XPS、UPS和同步辐射）有关的价带区 236

8.5.2　价带XPS的化学信息 237

8.5.3　金属价带谱 237

8.5.4 无机物及有机物的价带谱 238

参考文献 242

思考题 242

第9章　俄歇电子能谱 243

9.1　原理 243

9.2　AES实验 244

9.3　俄歇谱类型：直接谱和微分谱 244

9.4　样品对准 246

9.5　定性分析 246

9.6　定量分析 246

9.7　化学效应 247

9.9　俄歇像或图 248

9.8　俄歇线扫描 248

9.10　深度剖析 249

9.11　数据处理 250

9.12　电子束效应 251

9.13　电离损失峰 252

9.14　等离子体激元损失峰 252

9.15　j-j、L-S耦合 253

9.15.1　j-j耦合 253

9.15.2　L-S耦合 254

9.16　AES线形的化学信息和化学指纹 256

9.16.1　化学指纹 257

9.17　表面扩展能量损失精细结构谱 263

9.17.1　背散射电子能谱 264

9.17.2　SEELFS机理 265

9.17.3　SEELFS数据处理 265

9.18　正电子湮灭诱生的AES 267

9.19　离子激发的俄歇电子能谱 269

9.19.1　引言 269

9.19.2　离子激发的AES对含Mg、Al或Si物种深度剖析的影响 271

9.20.1　引言 273

9.20　电子符合测量 273

9.20.2　APECS实验设计 274

思考题 274

参考文献 274

第10章　定量表面分析中的计算与模拟 277

10.1 电子与物质的相互作用机理 277

10.1.1 弹性散射 277

10.1.2　非弹性散射 282

10.1.3 介电函数方法 285

10.2.1　ISO定义 291

10.2　表面电子能谱中的信息深度 291

10.2.2　非弹性平均自由程 293

10.3　电子与固体相互作用的Monte Carlo模拟 296

10.3.1　Monte Carlo方法 296

10.3.2 电子轨迹的模拟步骤 298

10.4　俄歇电子能谱学中的模拟 300

10.4.1　背散射电子能谱 300

10.4.2 背散射因子的计算 305

10.5　反射电子能量损失谱的模拟 309

10.5.1 表面激发理论 310

10.5.2 反射电子能量损失谱的正向模拟 312

10.5.3　反射电子能量损失谱的反向模拟 314

10.6　X光电子能谱中的模拟 316

10.6.1　X光电子的模拟 317

10.6.2　XPS线型 321

10.7　表面电子能谱的定量分析 322

10.7.1　一级原理模型 323

10.7.2 纳米结构的电子能谱定量分析 324

10.7.3 电子能谱线型分析 326

10.7.4 本底扣除求峰面积 327

思考题 330

参考文献 331

第11章　二次离子质谱 335

11.1　概况 335

11.2　离子溅射基本规律 337

11.2.1　溅射产额与入射离子原子序数的关系 337

11.2.2　溅射产额与入射离子能量的关系 337

11.2.3　溅射产额与入射角的关系 337

11.2.4　溅射产额与靶原子序数的关系 337

11.2.5　溅射速率 338

11.3.2 二次离子产额 339

11.3　二次离子发射的基本规律 339

11.3.1　发射离子的类型 339

11.3.3 二次离子的能量分布和角分布 341

11.3.4 二次离子发射理论模型 342

11.4　SIMS分析模式 342

11.4.1　“动态”SIMS 342

11.4.2　“静态”SIMS 343

11.4.3　SIMS的基本关系式和相对灵敏度因子 344

11.5.1　离子源 345

11.5　二次离子谱仪 345

11.5.2　二次离子质量分析系统 346

11.6　SIMS分析方法和应用 347

11.6.1　痕量杂质的分析 347

11.6.2　SIMS定量分析 348

11.6.3　深度剖析 348

11.6.4　面分布成分分析 350

11.6.5　绝缘样品的分析及“中和”问题 350

11.6.6　有机物分析 351

11.7　二次离子质谱学的发展 352

11.6.7　静态SIMS表征新型催化剂MoO3-CaO/TiO2-γ-A12O3的表面状态和结构层次 352

思考题 354

参考文献 355

第12章　离子散射谱 356

12.1　概况 356

12.2　机理 356

12.3　装置和技术 357

12.4.4 不存在基体效应和定量分析 358

12.4.3　质量分辨率 358

12.4.2　入射角度选择 358

12.4.1　入射离子及其能量选择 358

12.4　分析条件 358

12.4.5 多重散射和沟道效应 359

12.4.6　低能高本底 359

12.4.7　荷电效应及其处理 359

12.5　应用 360

12.5.1　表面成分的定性和定量分析 360

12.5.2　表面结构分析 360

12.5.3 原子间相互作用的测试 360

思考题 362

12.6.2　背向散射 362

12.6.1　前向散射 362

12.6　展望 362

参考文献 363

第13章　超高真空扫描隧道显微学 364

13.1　概况 364

13.2　基本原理 365

13.2.1　真空隧穿 365

13.2.2　隧穿的Hamiltonian近似 366

13.3.1　UHV VT STM机械结构 368

13.3　超高真空变温STM装置和技术 368

13.3.2　UHV VT STM控制系统 370

13.4　STM工作模式 370

13.5　STM针尖制备 370

13.6　应用 371

13.6.1　半导体表面 371

13.6.2　金属表面 374

13.7　扫描隧道谱 374

13.7.1　STS基本原理 374

13.7.2　STS的基本方式 375

13.8　原子操纵 377

思考题 378

参考文献 379

第14章　扫描力显微学 380

14.1　概况 380

14.2　原子、分子间作用势 380

14.3　分子间和表面力 383

14.3.1　Van der Waals力 383

14.3.2　排斥力 385

14.4　针尖和悬臂 386

14.5　悬臂偏转的探测方法 387

14.6　AFM成像模式 388

14.6.1　接触模式 388

14.6.2　非接触模式 389

14.7　AFM应用 391

思考题 391

参考文献 391

附录1　表面化学分析和国际标准化工作 393

附录2　表面结构的命名 398

附录3　高聚物Cls化学位移表 400

主题索引 403