Фотоэлектронная спектроскопия

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ППиМЭ

Работа на тему:

Фотоэлектронная спектроскопия

Факультет: РЭФ

Группа: РФ1-32

Студент: Косенков В.Е.

Преподаватель: Величко А.А.

Дата: 19.12.2007

Отметка о защите:

Новосибирск, 2007

Фотоэлектронная спектроскопия

Фотоэлектронная спектроскопия(ФЭС) – это наиболее широко используемый метод для изучения электронной структуры заполненных состояний на поверхности и в приповерхностной области (глубина 20-40 Ǻ). Физической основой метода служит фотоэлектрический эффект, в котором электрон, первоначально находящийся в состоянии с энергией связи Е_в , поглощает фотон с энергией hν и покидает твердое тело с кинетической энергией:

Е_kin =hν – Е_в – Ф_о , где Ф_о = Е_vacuum – Е_Fermi ;

Рис.1. Зонная диаграмма

Для того, чтобы зарегистрировать фотоэлектрон, должны быть выполнены следующие условия:

· Энергия фотона должна быть достаточна, чтобы электрон смог покинуть твердое тело, то есть hν ≥ Е_в + Ф_о ()

· Скорость электрона должна быть направлена в сторону внешней поверхности.

· Электрон не должен потерять энергию в столкновениях с другими электронами на своем пути к поверхности.

Диапазон энергий фотонов, используемый в материаловедении ,простирается от ультрафиолета (УФ) до рентгеновского излучения. Практически энергетический диапазон простирается от 10 эВ, что близко к энергии связи электрона в атоме водорода (13,6 эВ), до энергий около 100 кэВ. При этих энергиях фотоны могут, проникая в твердое тело, взаимодействовать с электронами внутренних оболочек. Фотоны низких энергий используются для исследования спектров излучения в видимой области, связанного с далеко расположенными, более слабо связанными электронами. Эти внешние электроны участвуют в образовании химических связей, поэтому они не связаны с отдельными атомами и, следовательно, непригодны для элементного анализа.

В зависимости от энергии фотонов (длины волны), используемых для возбуждения электронов, фотоэлектронная спектроскопия обычно подразделяется на два типа:

· УФЭС (ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия), в которой используются фотоны ультрафиолетового спектрального диапазона 10-50 эВ (соответствующие длины волн от 1000 до 250А). В результате УФЭС используется для изучения валентной зоны и зоны проводимости.

· РФЭС (рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия), в которой используется рентгеновское излучение с энергией квантов в диапазоне 100 эВ-10 кэВ (соответствующие длины волн от 100 до 1А). Как следствие РФЭС зондирует глубокие остовные уровни.

· Синхротронное излучение, в котором энегрии энергии фотонов от 40 до 1200 эВ. Позволяет исследовать остовные уровни и валентную зону.

Это разделение на два типа достаточно условно как с точки зрения объекта исследования (подразделение энергетических уровней на основные и валентные само по себе условно), так и с точки зрения используемых источников излучения (при использовании синхротронного излучения можно излучать фотоэмиссию от мягкого ультрафиолетового излучения до жесткого рентгеновского). Более того в обоих методах используются одни и те же физические процессы.

Рентгеноэлектронный спектрометр

Рис.3. Спектрометр 1 – источник рентгеновского (ультрафиолетового) излучения 2 – образец 3 – анализатор 4 – детектор электронов 5 – усилитель 6 - самописец

Из уравнения h ν = E_св + E_кин видно, что если известны величины h ν и E_кин , то можно определить энергию ионизации E_ион или энергию связи E_св соответствующего уровня. Для определения E_кин используются специально созданные электронные спектрометры. Электронный спектрометр (рис. 3) состоит из трех основных частей, в которых соответственно происходят генерация электронов, анализ их энергии и регистрация. В спектрометре поток ионизирующего излучения направляется на образец. Электроны могут быть выбиты из любой оболочки молекулы, ионизационный потенциал которой меньше энергии облучения. Выбитые электроны попадают в анализатор энергий электронов спектрометра. В анализаторе электроны описывают различные траектории в зависимости от своих энергий и напряжения, приложенного к электродам анализатора.

Наиболее распространен и хорошо известен сферический анализатор. В этом анализаторе к обкладкам сферического конденсатора прикладывается заданное напряжение. Разность потенциалов между двумя пластинами сферического конденсатора непосредственно связана с кинетической энергией электронов, прошедших через анализатор соотношением

где E_кин – кинетическая энергия электрона, V – разность потенциалов между двумя сферами радиусов R₁ и R₂ . Если менять напряжение на обкладках, то можно проанализировать спектр энергии E_кин , которой обладают эле

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать