低能電子衍射

1、低能電子衍射第1頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)42分，星期日低能電子衍射（LEED）：描述的是這樣一種現(xiàn)象，當(dāng)把一個(gè)單一低能量的(能量范圍大約從5ev到500ev)電子束，以接近于垂直的方向投射到具有完整晶格結(jié)構(gòu)的晶體清潔表面上時(shí)，電子束將與表面晶格發(fā)生作用；一部分電子以相干散射的形式反射到真空中，所形成的衍射束進(jìn)入可移動(dòng)的接收器進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)量，或者再被加速至熒光屏，給出可觀察的衍射圖像。什么是低能電子衍射？第2頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)42分，星期日電子束中的入射電子只能進(jìn)入表面幾個(gè)原子層的深度。隨著能量降低，透入深度也減小，從LEED得到的信息是晶體的表面結(jié)構(gòu)

2、，因此LEED是研究單晶表面層原子排列的一種有效方法。固體表面研究是材料科學(xué)中發(fā)展最快的部分，而低能電子衍射(LEED)是研究表面微觀結(jié)構(gòu)的最重要的技術(shù)，它提供表面的晶體學(xué)信息。低能電子衍射的原理低能電子衍射的原理與X-射線衍射相似，不同的是X-射線傳入固體的深度較深，一般在微米量級(jí)，因此所求的結(jié)構(gòu)是穿入深度內(nèi)的平均值，屬于體內(nèi)結(jié)構(gòu)。第3頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)42分，星期日如今，LEED成為表面實(shí)驗(yàn)研究的標(biāo)準(zhǔn)手段。70年代開始，對(duì)表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。 50年代，人們開始研究氣體在單晶表面的吸附現(xiàn)象。30年代后，人們開始了低能電子衍射方面的研究1921年 Davisson 和

3、Germer研究了電子束在單晶表面的散射現(xiàn)象。LEED的發(fā)展進(jìn)程第4頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)42分，星期日2.低能衍射對(duì)電子槍的要求3.低能衍射的實(shí)驗(yàn)方法1.低能衍射基本裝置低能電子衍射系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)方法第5頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)42分，星期日 低能電子衍射實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。這種裝置是一種低能電子衍射-俄歇和光電子譜聯(lián)合系統(tǒng)。即利用此系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)低能電子在晶體表面衍射束點(diǎn)的檢 測(cè)，而且也能夠利用其能量分析系統(tǒng)測(cè)定表面的俄歇電子及光電子能譜。低能電子衍射實(shí)驗(yàn)裝置圖 低能衍射基本裝置1第6頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)42分，星期日低能電

4、子衍射系統(tǒng)有各種設(shè)計(jì)，但是基本結(jié)構(gòu)如圖所示，衍射電子可用兩種不同的接收器來(lái)探測(cè)，一種用法拉第接收器，另一種用屏幕顯示。試樣放在一個(gè)夾具上，可繞一個(gè)或多個(gè)軸旋轉(zhuǎn)以便變換電子入射角。夾具上可以出電引線、裝入電阻加熱元件、加上冷卻器如液氮冷卻或裝接熱電偶等，正對(duì)試樣的是一個(gè)提供入射電子的電子槍，電子束流約為幾個(gè)微安。第7頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)42分，星期日 低能電子束的接收一般使用球柵減速場(chǎng)能量分析系統(tǒng)，即所謂的LEED系統(tǒng)。LEED系統(tǒng)使用球柵型減速場(chǎng)能量分析器。 通過此系統(tǒng)選擇出彈性衍射電子，并經(jīng)過加速后打到熒光屏上，就能看到電子束的衍射斑點(diǎn)或環(huán)。低能電子在固體表面上的衍射

5、斑的結(jié)構(gòu)，依賴于固體的表面結(jié)構(gòu)。第8頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)42分，星期日 系統(tǒng)對(duì)電子槍的要求是比較高的。這是因?yàn)榈湍茈娮友苌渌蟮娜肷潆娮邮鴳?yīng)該是單色、平行并具有一定束流強(qiáng)度（1-4uA）的電子束。電子槍中要使用低溫陰極，使從陰極發(fā)射出來(lái)的電子具有較小的初速度。低能電子槍常采用長(zhǎng)漂移管結(jié)構(gòu)。24 低能衍射實(shí)驗(yàn)對(duì)電子槍的要求槍體主要有兩部分組成第一部分是陰極與控制極構(gòu)成的發(fā)射系統(tǒng)。第二部分是三只同軸長(zhǎng)管組成的漂移聚焦系統(tǒng)。第9頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)42分，星期日電子槍的長(zhǎng)漂移管結(jié)構(gòu)A1 A2 A3A1為長(zhǎng)漂移管，也稱為第一陽(yáng)極，是它決定了低能電子束的

6、單 色性、平行性以及束流的強(qiáng)度。A2為聚焦極，常加負(fù)電位。A3為第二陽(yáng)極，接地。電子槍剖面圖 在電子束出口處，又由A1，A2和A3構(gòu)成主聚焦區(qū)。這個(gè)主聚焦區(qū)主要是為了對(duì)從漂移管出來(lái)的電子束實(shí)施弱聚焦。第10頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)42分，星期日 低能衍射實(shí)驗(yàn)方法3雙擊添加標(biāo)題文字ABC球柵各網(wǎng)按要求加電壓樣品安裝及清潔衍射斑強(qiáng)度的測(cè)量第11頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)42分，星期日3 低能衍射實(shí)驗(yàn)方法柵網(wǎng)2、3上加一與入射電子能量相近的減速電壓在熒光屏上加5-7kV高壓A 球柵各網(wǎng)按要求加電壓第12頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)42分，星期日3

7、 低能衍射實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)入真空室之前X射線定出晶面取向機(jī)械拋光和化學(xué)腐蝕進(jìn)入系統(tǒng)之后首先用150-500eV的氬離子轟擊其次在晶體表面加以高溫烘烤，并通入少量氧氣。B 樣品安裝及清潔第13頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)42分，星期日3 低能衍射實(shí)驗(yàn)方法Ce外圓筒(接地）內(nèi)圓筒導(dǎo)出線接微電流放大接收器：法拉第圓筒C 衍射斑強(qiáng)度的測(cè)量第14頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)42分，星期日低能衍射在表面結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用低能電子衍射在表面分析中的主要應(yīng)用為分析表面的結(jié)構(gòu)，以研究表面形成的機(jī)理，表面性質(zhì)與表面結(jié)構(gòu)的關(guān)系，表面的吸附特點(diǎn)，吸附原子的空間位置，表面結(jié)構(gòu)與表面態(tài)的關(guān)系等。低

8、能電子衍射應(yīng)用的主要領(lǐng)域?qū)τ谇鍧嵄砻娴姆治鰧?duì)吸附表面的分析第15頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)42分，星期日表面結(jié)晶學(xué)及微觀結(jié)構(gòu)；1表面相鑒定吸附、偏析、結(jié)構(gòu)重組；2表面動(dòng)態(tài)過程的分析長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué)、熱振動(dòng)；3確定表面原子位置，4LEED的基本用途第16頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)42分，星期日LEED的優(yōu)勢(shì)LEED與其他方法的區(qū)別SEM、AFM圖案反映的是直觀、真實(shí)的表面形貌。LEED需要經(jīng)過計(jì)算轉(zhuǎn)換后才能得到實(shí)際晶格的數(shù)據(jù)。對(duì)表面形貌的分辨率已接近原子分辨，但受針尖或樣品在力作用下的變形的影響，無(wú)法精確測(cè)定表面二維結(jié)構(gòu)的有關(guān)參數(shù)。 LEED AFM SEM 通常用來(lái)觀察材料的斷面以及顯微組織的三維形象，但是無(wú)法鑒別晶體二維結(jié)構(gòu)能夠確定晶體表面的二維結(jié)構(gòu)第17頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)42分，星期日LEED的劣勢(shì) 盡管低能電子衍射在現(xiàn)代表面研究中占有很重要