spektroskopia fotoelektronów
DESCRIPTION
Spektroskopia Fotoelektronów. Katarzyna Górz. Plan Prezentacji. Spektroskopia fotoelektronów – wprowadzenie Ogólny zarys PES Źródła promieniowania X Próbka Analizator Detektor/powielacz Schemat spektrometru PES Widma Zalety XPS. Spektroskopia fotoelektronów - wprowadzenie. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
1
Spektroskopia Fotoelektronów
Katarzyna Górz
2
Plan Prezentacji Spektroskopia fotoelektronów – wprowadzenie Ogólny zarys PES Źródła promieniowania X Próbka Analizator Detektor/powielacz Schemat spektrometru PES Widma Zalety XPS
3
Spektroskopia fotoelektronów - wprowadzenie
Efekt fotoelektryczny
Natężenie promieniowania wpływa tylko na ilość wybijanych elektronów.
4
Spektroskopia fotoelektronów - wprowadzenie
Proces fotojonizacji w PES:
Gdzie:o EB - energia wiązania elektronu w atomie/cząsteczce
sp – praca wyjścia materiału
Wykres zależności natężenia strumienia elektronów od ich Ekin (EB) – widmo fotoelektronowe.
spBkin EhveE
eMhvM
)(
5
Spektroskopia fotoelektronów - wprowadzenie
Podstawowym równaniem opisującym efekt fotoelektryczny jest równanie Einsteina:
)(nEEhv BK
Gdzie:
EK – energia kinetyczna wybitego elektronu
EB – energia wiązania elektronów na n-tej powłoce
Jeżeli znana jest energia padającego na próbkę promieniowania oraz energia kinetyczna wybijanych elektronów, to w prosty sposób można obliczyć energię wiązania elektronów w atomach próbki.
6
Spektroskopia fotoelektronów - wprowadzenie
Definicja energii wiązania
7
Ogólny zarys PES Idea eksperymentu fotoelektrycznego jest
nadzwyczaj prosta, oświetlamy badany materiał promieniowaniem o znanej energii, następnie wyznaczamy energię kinetyczną fotoelektronu i przy znajomości pracy wyjścia obliczamy jego energię wiązania.
8
Podział PES PES (ogólne metody fotoemisyjne) dzielimy w
zależności od źródła wzbudzeń na :o XPS (wzbudzanie promieniowaniem rentgenowskim)o UPS (wzbudzanie promieniowaniem ultrafioletowym).
W ostatnich dekadach rozwinięto wiele pochodnych techniki PES: o takich jak fotoemisja z kątową zdolnością rozdzielczą
(ARPES), o analizą spinu (SPPES, SPARPES),o fotoemisja rezonansowa (RPES).
9
Źródła promieniowania X Promieniowanie rentgenowskie uzyskuje się w
praktyce poprzez wyhamowywanie rozpędzonych elektronów na materiale o dużej liczbie atomowej, efektem czego jest powstanie promieniowania o charakterystyce ciągłej, na którym widoczne są również piki pochodzące od promieniowania charakterystycznego anody.
10
Źródła promieniowania X Promieniowanie X powstaje także w
wyniku: wychwytu elektronu, w synchrotronach.
Rys. Synchrotron
11
Źródła promieniowania X Typowe lampy rentgenowskie emitują
promieniowanie o słabych parametrach. Szerokość linii jest rzędu 0.8 eV, ponadto w widmie są obecne inne linie takie jak Kα3 (Al 1496.4 eV, Mg 1262 eV) o natężeniu 6.4% oraz 8.0% odpowiednio natężenia linii pierwotnej. Stosując monochromator można zmniejszyć szerokość linii nawet do 0.3 eV, jednakże drastycznie spada natężenie fotonów wzbudzających.
12
Próbka Metoda PES używana
jest głównie do badań ciał stałych, choć stosuje się ją niekiedy dla cieczy lub gazów. Metodę stosować można zarówno na poli- jak i mono-kryształach.
13
Analizator W użyciu są głównie
hemisferyczne analizatory elektrostatyczne, które zapewniają dość dobrą zdolność rozdzielczą rzędu kilkudziesięciu milielektronowoltów i lepszą.
14
Analizator
15
Detektor/powielacz e W użyciu są następujące powielacze:
dynodowy channeltron channelplate
16
Schemat spektrometru XPS Działo jonowe –
pozwala na „ścieranie” kolejnych powłok próbki i analizę głębiej położonych warstw.
Działo niskoenergetycznych elektronów – pozwala skompensować wytwarzający się w trakcie pomiaru dodatki ładunek próbki.
17
Aparatura XPS
18
Aparatura XPSGłówne części
spektrometru:
1) lampa rentgenowska,
2) komora analityczna,
3) komora przygotowawcza,
4) wnętrze komory przygotowawczej z diamentowym pilnikiem do czyszczenia powierzchni,
5) pompa turbomolekularna,
6) pompa rotacyjna,
7) monochromator promieniowania X,
8) elektrostatyczny analizator hemisferyczny z systemem soczewek.
19
Widmo fotoemisyjne
20
Widma fotoelektronów Wykres zależności natężenia strumienia
elektronów od ich Ekin (EB) – widmo fotoelektronowe.
21
XPS (ESCA) Wykorzystuje miękkie promieniowanie
rentgenowskie o E>100eV, pozwalając na wybicie elektronów z orbitali rdzenia
Metoda zasadniczo nieinwazyjna Detekcja wszystkich pierwiastków za
wyjątkiem H i He oraz możliwość ich ilościowego oznaczenia
Informacja z warstwy o grubości ok. 1-8 nm
22
XPS (ESCA) Czułość pozwalająca na wykrycie
pierwiastków o stężeniu od 0,01% Możliwość uzyskania tzw. Profili
głębokościowych – zależność stężenia określonych atomów w funkcji odległości od powierzchni
Możliwość sporządzenia przestrzennych map rozmieszczenia atomów w próbce z rozdzielczością 10-15 m
23
Bibliografia http://www.chemia.uj.edu.pl/~jamroz/
wyklad/W1-3_XPS.pdf http://www.if.uj.edu.pl/ZFCS/magnetyk/
aparat/esca.htm http://www.if.uj.edu.pl/pl/ZINM/wyklady/
AB/xpsfizmed.pdf http://pl.wikipedia.org/wiki/
Promieniowanie_rentgenowskie
24
Dziękuje za uwagę