紫外可見光譜分析實(shí)用教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1紫外可見紫外可見(kjin)光譜分析光譜分析第一頁，共58頁。2第1頁/共58頁第二頁，共58頁。3真空真空(zhnkng)(zhnkng)紫外燈的紫外燈的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 紫外源紫外源能量，能量，eV波長，波長，nmHe IIHe INe I Ar I H (Ly )40.821.2216.8516.6711.8311.6210.2030.3858.4373.5974.37104.82106.67121.57第2頁/共58頁第三頁，共58頁。4可不用單色儀。另一種重要的紫外光源是He II 線，He II 線He在放電中由離子激發(fā)態(tài)的退激發(fā)放出的光子。第3頁/共58頁第四頁，共58頁。5第4

2、頁/共58頁第五頁，共58頁。6層變?yōu)镻5。由自旋角動(dòng)量和軌道角動(dòng)量耦合有2 P 3 / 2 和2P1/2，在光電子能譜圖上表現(xiàn)為兩個(gè)銳峰。Ar的的He I光電子能譜圖光電子能譜圖 第5頁/共58頁第六頁，共58頁。7條 譜 帶 。 而譜 帶 中 的 一系 列 尖 銳 的峰 ， 是 電 離時(shí) 激 發(fā) 到H2+的不同的 振 動(dòng) 狀 態(tài)產(chǎn)生(chnshng)。H2分子分子(fnz)的的He I紫外光電子譜紫外光電子譜圖圖 第6頁/共58頁第七頁，共58頁。8N2分子分子(fnz)的的HeI紫外光電紫外光電子譜圖子譜圖 第7頁/共58頁第八頁，共58頁。9(CH3)3N的的HeI光電子能譜圖光電子能

3、譜圖 第8頁/共58頁第九頁，共58頁。10第9頁/共58頁第十頁，共58頁。11第10頁/共58頁第十一頁，共58頁。12第11頁/共58頁第十二頁，共58頁。13第12頁/共58頁第十三頁，共58頁。14第13頁/共58頁第十四頁，共58頁。15第14頁/共58頁第十五頁，共58頁。16第15頁/共58頁第十六頁，共58頁。17CBr4的光電子能譜的光電子能譜 第16頁/共58頁第十七頁，共58頁。18第17頁/共58頁第十八頁，共58頁。19自電離自電離(dinl)的示意圖及自電離的示意圖及自電離(dinl)譜譜 第18頁/共58頁第十九頁，共58頁。20v用于測量(cling)光電子角

4、分布的UPS譜儀稱為角分辨UPS譜儀。第19頁/共58頁第二十頁，共58頁。21I( )( cos)412312第20頁/共58頁第二十一頁，共58頁。22I( )( cos)412312第21頁/共58頁第二十二頁，共58頁。第22頁/共58頁第二十三頁，共58頁。lg(I0/I)=lc 其中，其中，I0為入射光強(qiáng)，為入射光強(qiáng)，I為透射光強(qiáng)，為透射光強(qiáng)，是消光系數(shù)，是消光系數(shù)，l為光通過為光通過(tnggu)物質(zhì)的距離，物質(zhì)的距離，c為被測為被測物質(zhì)的濃度。物質(zhì)的濃度。 第23頁/共58頁第二十四頁，共58頁。 ( - Eopt) r 其中其中r為為1的數(shù)量級(jí)，的數(shù)量級(jí)，Eopt即為光學(xué)即為

5、光學(xué)(gungxu)帶隙。帶隙。B區(qū)是指數(shù)吸收區(qū)，其典型特征是區(qū)是指數(shù)吸收區(qū)，其典型特征是與與的關(guān)系是指數(shù)式的的關(guān)系是指數(shù)式的 ： exp(/) 式中式中代表吸收邊的斜率。對(duì)大多數(shù)材料，代表吸收邊的斜率。對(duì)大多數(shù)材料，值與溫度的關(guān)系不密切，其大小約值與溫度的關(guān)系不密切，其大小約為為0.05-0.2eV。但。但值與材料中原子平均配位數(shù)密切相關(guān)，平均配位數(shù)越大，值與材料中原子平均配位數(shù)密切相關(guān)，平均配位數(shù)越大，值也越大。值也越大。 第24頁/共58頁第二十五頁，共58頁。在在B區(qū)，區(qū)，值在值在1-10-4cm-1范圍變化，一般認(rèn)為與價(jià)帶擴(kuò)展態(tài)到導(dǎo)帶帶尾定域態(tài)間的躍范圍變化，一般認(rèn)為與價(jià)帶擴(kuò)展態(tài)到導(dǎo)

6、帶帶尾定域態(tài)間的躍遷有關(guān)。遷有關(guān)。C區(qū)為弱吸收區(qū)，其強(qiáng)度和形狀與材料的成分、材料的制備方法與工藝區(qū)為弱吸收區(qū)，其強(qiáng)度和形狀與材料的成分、材料的制備方法與工藝(gngy)、隙態(tài)、隙態(tài)密度及熱歷史有關(guān)。該區(qū)的直接來源是缺陷態(tài)之間的躍遷。密度及熱歷史有關(guān)。該區(qū)的直接來源是缺陷態(tài)之間的躍遷。 第25頁/共58頁第二十六頁，共58頁。Tauc假設(shè)在導(dǎo)帶和價(jià)帶邊附近隙態(tài)密度與能量的關(guān)系是拋物線形（即假設(shè)在導(dǎo)帶和價(jià)帶邊附近隙態(tài)密度與能量的關(guān)系是拋物線形（即r=2），而且與光子能量有關(guān)的躍遷矩陣元對(duì)所有躍遷過程，而且與光子能量有關(guān)的躍遷矩陣元對(duì)所有躍遷過程(guchng)都是相等的都是相等的（即躍遷矩陣元為常

7、數(shù)），則：（即躍遷矩陣元為常數(shù)），則： ()=B(-Eopt)2 其中其中B是與材料性質(zhì)有關(guān)是與材料性質(zhì)有關(guān)(yugun)的常數(shù)，一般在的常數(shù)，一般在105-106cm之間。這樣，之間。這樣，()1/2與光與光子能量子能量之間的關(guān)系曲線基本上是一條直線。把這條直線外推到之間的關(guān)系曲線基本上是一條直線。把這條直線外推到軸上，其截距就是光軸上，其截距就是光學(xué)帶隙學(xué)帶隙Eopt。該直線的斜率和截距的大小因材料的制備方法和工藝條件不同而不同，但直。該直線的斜率和截距的大小因材料的制備方法和工藝條件不同而不同，但直線關(guān)系對(duì)很多材料都符合得很好。線關(guān)系對(duì)很多材料都符合得很好。 第26頁/共58頁第二十七頁

8、，共58頁。利用這種方法求薄膜的光學(xué)帶隙要用到薄膜的厚度值（求吸收系數(shù)曲線時(shí)），為其應(yīng)用帶來不便利用這種方法求薄膜的光學(xué)帶隙要用到薄膜的厚度值（求吸收系數(shù)曲線時(shí)），為其應(yīng)用帶來不便。Demichelis等人對(duì)公式等人對(duì)公式(gngsh)作了變形處理，使得可以在薄膜厚度未知的情況下求出薄膜的光作了變形處理，使得可以在薄膜厚度未知的情況下求出薄膜的光學(xué)帶隙。在光譜區(qū)取一階近似有學(xué)帶隙。在光譜區(qū)取一階近似有 ：T=(1-R)exp(-t) 其中其中T、R、t分別分別(fnbi)為透射率、反射率和薄膜厚度，并假設(shè)薄膜表面的為透射率、反射率和薄膜厚度，并假設(shè)薄膜表面的漫散射可以消除。漫散射可以消除。 (

9、R,T) = ln (1-R)/T) 令：則有： = (R,T)/t, ()1/2=(R,T) /t1/2 第27頁/共58頁第二十八頁，共58頁。因此(ync)有：(R,T) = B2(-Eopt)2 這樣，由于薄膜厚度不隨入射光子能量改變，它被包含在系數(shù)這樣，由于薄膜厚度不隨入射光子能量改變，它被包含在系數(shù)B2中，只由中，只由R和和T就可以得出就可以得出(d ch)光學(xué)帶隙值。光學(xué)帶隙值。 第28頁/共58頁第二十九頁，共58頁。30電子(dinz)結(jié)構(gòu)提供了有利的條件。第29頁/共58頁第三十頁，共58頁。31第30頁/共58頁第三十一頁，共58頁。32氣相與固相光電發(fā)射氣相與固相光電發(fā)

10、射(fsh)(fsh)過程的比過程的比較較第31頁/共58頁第三十二頁，共58頁。33第32頁/共58頁第三十三頁，共58頁。34第33頁/共58頁第三十四頁，共58頁。35第34頁/共58頁第三十五頁，共58頁。36第35頁/共58頁第三十六頁，共58頁。37電子，稱為角積分光電子能譜；v采集小立體角內(nèi)的光電子，稱為角分辨光電子能譜角分辨光電子能譜的測量角分辨光電子能譜的測量(cling)(cling)原理原理 第36頁/共58頁第三十七頁，共58頁。38kmEhf|K2sinkk自由電子終態(tài)|第37頁/共58頁第三十八頁，共58頁。39第38頁/共58頁第三十九頁，共58頁。40固體受光激

11、發(fā)固體受光激發(fā)(jf)(jf)所出現(xiàn)的各種能態(tài)所出現(xiàn)的各種能態(tài) 第39頁/共58頁第四十頁，共58頁。41第40頁/共58頁第四十一頁，共58頁。42第41頁/共58頁第四十二頁，共58頁。43MoS2的光電子能譜的光電子能譜 第42頁/共58頁第四十三頁，共58頁。44Au的紫外光電子的紫外光電子(dinz)譜譜 第43頁/共58頁第四十四頁，共58頁。45失，其余各峰移向較高結(jié)合能。Si(111)21 表面表面(biomin)的光電子能譜的光電子能譜 第44頁/共58頁第四十五頁，共58頁。46W(100)面表面面表面(biomin)態(tài)的能量色散關(guān)系態(tài)的能量色散關(guān)系 W(100)面的光電子

12、能譜面的光電子能譜 第45頁/共58頁第四十六頁，共58頁。47光電發(fā)射部分光電發(fā)射部分(b fen)(b fen)產(chǎn)額譜原理產(chǎn)額譜原理第46頁/共58頁第四十七頁，共58頁。48電子激發(fā)到空導(dǎo)帶上去;v當(dāng)光子能量EcE1時(shí)，將在E1能級(jí)上產(chǎn)生空穴，隨即(suj)可發(fā)生Auger過程，Auger電子在固體內(nèi)經(jīng)歷一系列非彈性散射，而以二次電子形式發(fā)射，因此二次電子數(shù)目的急劇增加，將反映出E1向表面區(qū)空表面態(tài)躍遷的強(qiáng)度。第47頁/共58頁第四十八頁，共58頁。49Ge(111)面的部分面的部分(b fen)產(chǎn)額譜產(chǎn)額譜 第48頁/共58頁第四十九頁，共58頁。50第49頁/共58頁第五十頁，共58頁。51用。第50頁/共58頁第五十一頁，共58頁。52線。表面吸附表面吸附(xf)(xf)質(zhì)與純氣相質(zhì)與純氣相UPSUPS譜的比較譜的比較 第51頁/共58頁第五十二頁，共58頁。53Cl吸附在吸附在 Si(111) 面上面上(min shn)的角分的角分辯辯UPS譜譜 第52頁/共58頁第五十三頁，共58頁。54Si(111)面的原子面的原子(yunz)位置位置 第53頁/共58頁第五十四頁，共58頁。55第54頁/共58頁第五十五頁，共58頁。56Ni(100)面上化學(xué)面