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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