《材料表面界面和微结构分析表征》复习提纲1.doc

1、材料表面界面和微结构分析表征复习提纲 绪论 掌握现代分析技术的原理、特点和分类。 作业与思考: 试述体分析 ,表面分析和微区分析的概念并举例. 第一章 表面科学与表面分 1. 了解表面分析仪的组成、各部分的功能和要求； 2. 掌握 X-射线发射机理、命名、谱线波长和相对强度变化规律。 3. 掌握电子能量分析器工作原理以及表述方法。 作业与思考： 1. 画图并通过数学推导详述 CHA 电子能量分析的工作原理； 2. 画图并说明特征 X-射线发射机理； 3. 画图并说明特征 X-射线的命名、谱线波长和相对强度的变化规律。 第二章 俄歇电子能谱 1. 掌握 Auger 效应，Auger 跃迁的过程和

2、 Auger 电子的命名 2. 了解 Auger 电子能谱的认识 3. 掌握决定 Auger 峰能量的因素 4. 了解 Auger 峰精细结构与化学状态分析 5. 掌握 Auger 信号强度与 AES 定量分析（概念、方法和公式等） 。 作业与思考： 1.分别画图并说明电子和 X-射线与物质相互作用产生 Auger 电子跃迁的过程； 2.决定 Auger 信号强度的主要因素有哪些？(1)元素电离几率；(2)Auger 跃迁几率； (3)Auger 的逃逸深度。入射电流强度 IP 电离几率 ax (1+ m ) 俄歇跃迁几率 PA 仪器因素 T (2)元素的峰数，由特定元素原子结构确定(可由量子

3、力学估计); (3)各峰相对强度大小也是该元素特征; 以上三条是俄歇能谱定性分析的依据，这些数据均有手册可查。 4. AES 定量分析方法和对应公式是什么？标样法 灵敏度因素法5.根据不锈钢样品的 AES 谱图，量得 Cr529(eV)、Fe703(eV) 和 Ni848(eV)的Auger 峰高分别为 4.6、9.8 和 1.6，查表得 Cr、Fe 和 Ni 对应的灵敏度因子分别为 0.28、0.19 和 0.26,试计算该不锈钢样品表面的 Fe、 Cr 和 Ni 的含量(%)。第三章 X 射线光电子谱 1XPS 和 AES 分析的特点对比 2掌握 XPS 基本 X 光电子产生和能量关系 3

4、掌握 XPS 谱图认识：主结构和产生机理 4化学位移及化学状态分析 5掌握灵敏度因子法 XPS 定量分析（概念、方法和公式等） 。 作业与思考： 1. Auger 电子和 X 光电子的动能各由哪些因素决定？Auger 电子能量只与激发过程中涉及的原子轨道有关 ，X 光电子的能量还与入射源的能量有关。2. 如何区别 Auger 电子和 X 光电子峰? 饿歇 e 峰位与入射源能量无关 X 光 e 峰位 与入射源能量有关 因此，换入射源后，峰位不变的是 Auger 电子峰，而峰位移动的是 X 光电子峰。3. AES 定量分析中的相对灵敏度因子与 XPS 中的灵敏度因子有何区别？I sAg351 为纯

5、元素 Ag 在能量 351eV 处的最强 Auger 峰的强度，可见 SA 表示 A元素相对于纯 Ag 的灵敏度。 Sj = f A T 称为元素 j 的灵敏度因子，则 Ij =njSj 一般定义元素氟的灵敏度因子 SF =1，并对各元素的 Sj 进行行归一化理。4. AES 和 XPS 中的强度分别指什么？（提示：一个是峰的积分面积，另一个是正峰减负峰的峰高度） 5. 画出并解释 MgK 激发 Ag 的 XPS 图的主结构. 从该图中可以获得哪些信息？ 第四章 扫描电子显微镜 1. 了解扫描电镜的工作原理； 2. 掌握电子激发信息的种类及深度（液滴模型） ； 3. 掌握扫描电镜中图像的衬度分

6、析；重点掌握二次电子、背散射电子成像特点。 4.了解电子探针的工作原理，掌握点线面分析模式的用途； 5.通过对比分析了解波谱仪和能谱仪的特点。 作业与思考 1、简述二次电子、背散射电子成像特点。由于 SE 的产额 cos 与表面形态一一对应， 二次电子的强度对表面形貌的变化敏感，故可以用以形成形貌衬度像。 SE 主要来自于样品表层 50100A 的深度范围, 电子束未向横向扩展，所以 SE的分辨率相当于束斑直径，分辨率高，适于显示形貌细节特征。样品表面平均原子序数 Z 较高的区域，产生较强的 BSE 信号，图像较亮，而Z 较低的区域,图像较暗，形成成分衬度或称原子序数衬度像。 BSE 出射的区

7、域比 SE 深且宽, 所以分辨能力比 SE 差,一般为 150 A。2画图说明背散射电子成像时如何获得形貌衬度像和原子序数衬度像。 3 通过液滴模型分析扫描电镜各种图像的分辨率的差异。 俄歇电子的发射深度最浅20 A,二次 e 次之100 A;背散射 e 较深，而特征 X 射线的发射体积和深度均最大，分辨率最低。4 一镀金的铜引线横断面如图所示。以入射电子束照射，用新型(对偶)半导体探测器检测背散射电子信号。要求： （1）说明用对偶半导体探测器检测信号有什么好处？ 粗糙表面的原子序数衬度往往被形貌衬度所掩盖, 为了区别 BSE 像中的形貌衬度和原子序数衬度, 采用新型半导体电子探测器。它是由装

8、在样品上方的一对硅半导体组成, 对原子序数而言, 两侧检测器接收的 BSE 信号强度是一样的, 对形貌来说则是互补的, 利用电路上的加法处理可使原子序数信号放大、消除形貌信号, 减法处理, 则能使形貌信号放大, 消除原子序数的影响。（2）试画图分析背散射电子成分像的衬度来源。 （加法）铜引线横断面图 第五章 扫描探针显微镜 1. 了解隧道效应、STM 的工作原理以及工作模式；根据量子力学中电子隧道效应，当具有原子尺寸的探针尖足够接近试样表面时，二者之间的电子波函数产生交叠作用。恒流模式：保持针尖样品表面电流恒定，针尖在式样表面扫描的同时同步采集针尖运动数据成像形貌图；恒高模式：保持针尖高度不变，试样表面起伏使针尖样品表面距离改变，导致隧道电流急剧改变，针尖扫描的同时记录电流数据成像形貌图。2. 了解 SFM 工作原理以及工作模式 接触模式 缺点针尖和样品表面间的粘附力有可能使样品产生变形，使图像中出现假象; 针尖和样品表面可能会有损伤。非接触模式 缺点:在空气和液体中较为困难（针尖表面气体吸附：）轻敲式、间歇接触式,动态模式 特点：综合了接触非接和触式了的优势,分辨好,间隙接触时间短而对样品损伤小，是较好的模式SFM 要求样品导电，金属样品较好，半导体效果差。绝缘体无法观察。 （原子显微镜（AFM）可以克服此缺点）