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1、关于低能离子散射分析现在学习的是第1页，共21页主要内容 发展背景 应用 分析原理以及入射离子选取现在学习的是第2页，共21页低能离子束散射谱ISS 定义：用一定能量和种类（原子种类和带电量）的低能离子束撞击表面，分析经过与表面作用后反射回来的原离子束，分析其能量的变化，这种能量的变化包含了表面的一部分信息 60年代初 ，荷兰物理学家基斯特马克（J.Kistermaker）发现离子诱导辐射现象 1973年开始离子束表面散射的研究 与二次离子质谱一起成为表面分析的有效工具现在学习的是第3页，共21页应用1清洁表面结构分析 2表面组态分析 3材料纯度分析 4用于监视对半导体材料的元素扩散、注入或催
2、化表面的污染5用离子束分析薄膜的污染和组成，薄膜结构以及薄膜界面的研究，特别是用于薄膜太阳电池的研究6用于研究催化剂或其他表面7研究表面的结构、吸附与电性能（如电子发射）之间的关系现在学习的是第4页，共21页与二次离子质谱的异同 相同点：都使用一定种类和能量的离子束入射到表面 入射离子能量范围：20ev10kev(ISS),kev级（SIMS） 研究对象：经过与表面作用后反射回来的原离子束，并且分析其能量（ISS） 被入射离子束电离了的、从表面层发射出来的新离子，并分析其质量（SIMS）现在学习的是第5页，共21页现在学习的是第6页，共21页各种表面分析方法的分析深度 ISS只能分析第一层表面
3、原子 二次离子质谱SIMS分析深度大约为10 俄歇电子谱AES 真空紫外光电谱UPS 离子探针IMP X射线光电子谱XPS现在学习的是第7页，共21页基本原理现在学习的是第8页，共21页单粒子弹性散射模型的基本假设 1入射离子为单色离子束 2被撞击的表面原子为初始状态为静止，忽略热振动 3表面原子与入射离子间的作用为单粒子间作用 4碰撞为弹性，满足能量守恒和动量守恒 E0=E1+E2 P0=P1+P2现在学习的是第9页，共21页 从能量守恒和动量守恒出发进行分析E0=E1+E2， P0=P1+P2 代入具体量： m1v02=m1v1v2cos1+m2v2v0cos2 p12=p02+p22-2
4、p0p2cos2将2消掉，令K=E1/E0, A=m2/m1 ,处理后的结果： K=cos1+（A2-sin21）1/22/(1+A)2 得到能量比K、质量比A和散射角1之间的关系 现在学习的是第10页，共21页 K=cos1+（A2-sin21）1/22/(1+A)2 K=E1/E0, A=m2/m1 其中E0、m1、1固定且已知，E1为实验测得，根据上式可以计算得到m2，从而得到表面原子的种类等信息现在学习的是第11页，共21页单粒子散射模型的局限性 1表面邻近原子作用（弱作用-准单粒子散射） 2表面原子热振动 离子散射作用时间：10-16s 常温下表面原子振动周期：10-12s 3非弹性
5、散射 4表面离子中和，大大减小弹性散射束的强度现在学习的是第12页，共21页 5多次散射（二次散射）：入射离子发生多次散射之后再出射 二次散射能量分布： K=cos1+（A2-sin21）1/22Xcos2+（A2-sin22）1/22/(1+A)2 其中1和2为两次散射的散射角 总散射角= 1 + 2现在学习的是第13页，共21页 离子表面散射能量变化与散射角的关系图 横轴散射角，纵轴为E1/E0双散射的曲线是闭合的，对于一定入射角入射的离子，散射角 存在极小值 （阴影效应）现在学习的是第14页，共21页阴影效应的解释 发生多次散射的离子与靶原子至少有一次碰撞，这次碰撞后入射离子无法进入阴影
6、区域 推测原因：1入射离子质量小于靶原子 2入射离子能量低 3被撞击靶原子在材料中受到其他原子的固定作用（结合力）这三个原因导致被撞击的靶原子被撞击后移动很小，近似为静止。由于入射离子波动性不明显，这样多次散射入射粒子无法绕到靶原子后方的阴影区现在学习的是第15页，共21页按照这种假设，阴影区的大小和靶原子的大小和种类以及入射离子种类有关，方向与离子入射角度有关如果考虑靶原子的移动，则还与m1/m2、入射离子能量，以及靶原子在材料表面结合力的大小有关现在学习的是第16页，共21页 E1是散射角的双值函数，靠近单粒子散射的对应准单散射峰，另一个较高的应准双散射峰。导致峰值模糊或出现双散射峰，但是
7、单散射仍然占主导地位入射角较大或者较小时，两个值很接近，而当入射角为45时差距较大 应对措施：增大入射角、适当减小离子束的能量和Z值（减小近邻原子影响，以及发生多次散射的几率）现在学习的是第17页，共21页能量分析灵敏度与表面散射的微分截面能量分析灵敏度与表面散射的微分截面 能量分析灵敏度E1/M2 ，表示单位质量差的原子的散射峰的峰位分离度，分离度大便于分析 表面散射微分截面：表征探测器接受从表面散射回来的离子的能力现在学习的是第18页，共21页两者如何协调 E1/M2= 常用入射离子：He+、Ne+、Ar+ (K+、Na+) A=m2/m1=25 E0/m1 与 (z1/E0 )2 现在学习的是第19页，共21页谢谢现在学习的是第20页，共21页8/30/2022感谢大家观看感谢大家观看现在学习的是第21页，共21页