第八章 表面分析技术
价态、成键情况等）的影响。
材料现代研究方法
8.1.4 光电子能谱分析方法
图8-10 S的2p峰在不同化学状态下的结合能值
材料现代研究方法
8.1.4 光电子能谱分析方法
图8-11 Ti及TiO2中2p3/2峰的峰位及2p1/2和2p3/2之间的距离
材料现代研究方法
8.1.4 光电子能谱分析方法
表8-3：C1s在不同化学状态下半峰高宽的变化
（一）光电效应(photoelectron effect) 原子中的电子处在不同的能级上，当光子的能量达到一 定程度(hν > EB) 就可发生光电离过程: M+hν →M+*+e(8-1)
EK=hν −EB (Einstein的光电子发射公式)
(8-2)
材料现代研究方法
8.1.1 X射线光电子谱基本原理
(8-15)
(8-16)
材料现代研究方法
8.1.4 光电子能谱分析方法
（3）震激谱线：过渡元
素稀土元素和锕系元素的
顺磁化合物的XPS谱中常 常出现震激现象中，因此 常用震激效应的存在与否 来鉴别顺磁态化合物的存
在与否。
图8-12铜2p谱线和震激结构
材料现代研究方法
8.1.4 光电子能谱分析方法
（4）多重分裂：过渡元素及其化合物的电子能谱中均发 生多重分裂，其裂分的距离与元素的化学状态密切相关。 可以根据谱线是否裂分以及裂分的距离再结合谱线能量 的位移和峰形的变化来准确地确定一元素的化学状态。
（8-5） Koopmans法则：
KT EB (n, l , j ) E SCF (n, l , j )
(8-6)
EB E SCF Erelax Erelat Ecorr
材料现代研究方法
（8-7）
计 算 方 法
8.1.2 结合能
表8-1 不同方法求得的Ne1s和Ne2s轨道结合能对比
（4）原子势能模型 原子势能模型的结合能表达式为： EB=Vn+Vv （8-12）
材料现代研究方法
8.1.3 化学位移
化学位移的经验规律 (1) 同一周期内主族元素结合能位移随它们的化合价升 高呈现出线性增加的趋势；过渡金属元素的化学位移随
化合价的变化呈现减小的趋势。
(2) 分子中原子的内层电子结合能位移量同与它相结合 的原子电负性之和有一定的线性关系。
V （8-8） EB ( K )1,2 E SCF ( K )1,2 ( Erelax )1,2 ( Erelat )1,2 ( Ecorr )1,2
V EB ( K )1,2 E SCF ( K )1,2 ( Erelax )1,2
（8-9）
驰豫效应可用下式表示：
图8-1 光电效应
材料现代研究方法
8.1.1 X射线光电子谱基本原理
图8-2 元素光电离截面的计算值（AlKα 辐射，参照C1s=1.00）
材料现代研究方法
8.1.1 X射线光电子谱基本原理
（二）驰豫过程 (relaxation process) (1) 荧光辐射弛豫过程: M+* →M+ +hν ′(特征射线) (2) 俄歇过程(非辐射弛豫): (8-3)
（3）非导电样品
材料现代研究方法
8.1.3 化学位移
（一）初态效应 根据原子中电子结合能的表达式EB = E(n-1) + E(n), E(n)表示原子初态能量，E(n-1)表示电离后原子的终态
能量。因此，原子的初态和终态直接影响者电子结合能
的大小。 在有机物中C1s 轨道电子结合能大小顺序： C-C < C-O <C=O < O-C=O < O- (C=O)-O
CF4 半高峰宽（eV） 0.52
C6H6 0.57
CO 0.65
CH4 0.72
材料现代研究方法
8.1.4 光电子能谱分析方法
（2） 俄歇谱线化学位移和俄歇参数：最尖锐的俄歇线 动能减去最强的XPS光电子线动能所得到的动能差称为俄 歇参数，即
A P EK EK
A P ' h EK EB
材料现代研究方法
8.1.4 光电子能谱分析方法
图8-9 Al的2s谱线及相关的能量损失线
材料现代研究方法
8.1.4 光电子能谱分析方法
谱线的识别 （1）确定经常出现的光电子峰，如C, O的光电子谱线； （2）确定Auger线；
（3）根据X射线光电子谱手册中的各元素的峰位表确定
其他强峰，并标出其相关峰； （4）区分多重峰、震激、震离、能量损失峰等。
材料现代研究方法
8.1.4 光电子能谱分析方法
（三）定量分析 （1） 一级原理模型
I ij KT ( E ) Lij ( ) ij ni ( z )e z / ( E )cos dz
（2）元素灵敏度因子法
ni I /S i i nj I j / S j
(8-17)
(8-18)
int ra extra Erelax Erelax Erelax
（8-13）
int ra extra Erelax Erelax Erelax
(8-14)
(2) 多重分裂(静电分裂) (3) 多电子激发
材料现代研究方法
8.1.4 光电子能谱分析方法
（一） 定性分析 （1）光电子谱线 （2）X射线的伴峰
图8-17. Cu2O，CuO和不同烧成温度下制备的SiC/Cu(Cu2O) 在Cu(2p)波段的XPS谱线
材料现代研究方法
8.2 俄歇电子能谱
1 2 3 4 5
俄歇电子能谱的基本原理 Auger电子的能量和产额
M+*→M++* + e -
(Auger效应)
(8-4)
材料现代研究方法
8.1.2 结合能
原子中电子结合能的定义为：将特定能级上的电子移到 固体费米能级或移到自由原子或分子的真空能级所需消 耗的能量。
Z M 1 EiSCF i 2 i i i (2 J ij Kij ) 0 (2 J ij Kij ) 2 r M j j M
材料现代研究方法
8.1.4 光电子能谱分析方法
（5）俄歇线形：价壳层俄歇线如KVV、 LVV、 LMV等它 们的外形与一定的化学状态有着内在的联系，可以用来 分析元素的化学状态。
图8-13 Ag的XPS谱
材料现代研究方法
8.1.4 光电子能谱分析方法
图8-14 Ni的XPS谱， 谱中可见明显的俄歇线
Mg (Kα )
Al (Kα )
-233.0
233.0
-
材料现代研究方法
8.1.4 光电子能谱分析方法
图8-6 Ne的震激和震离过程的示意图
材料现代研究方法
8.1.4 光电子能谱分析方法
图8-7 Mn2+离子的3s轨道电离时的两种终态
材料现代研究方法
8.1.4 光电子能谱分析方法
图8-8 MnF2的Mn3s电子的XPS谱
（二）X射线源
用于产生具有一定能量的X射线的装置。当高能电子轰击 阳极靶会产生特征X射线，其能量取决于组成靶的原子内 部的能级。
材料现代研究方法
8.1.5 X射线光电子能谱仪
图8-16 双阳极X射线源
材料现代研究方法
8.1.5 X射线光电子能谱仪
表8-4：Mg和Al的特征x射线能量和强度
Mg 靶 X射线 能量(eV) K1 K2 K’ 1253.7 1253.4 1258.2 相对强度 67.0 33.0 1.0 能量(eV) 1486.7 1486.3 1492.3 相对强度 67.0 33.0 1.0 Al 靶
材料现代研究方法
第八章 表面分析技术
材料现代研究方法
第八章 表面分析技术
8.1 X射线光电子能谱
8.2 俄歇电子能谱
材料现代研究方法
8.1 X射线光电子能谱
1 2 3 4 5
X射线光电子谱基本原理 结合能
化学位移
光电子能谱分析方法 X射线光电子能谱仪
材料现代研究方法
8.1.1 X射线光电子谱基本原理
（3）Auger谱线
（4）X射线“鬼峰” （5）震激和震离线 （6）多重分裂 （7）能量损失峰
材料现代研究方法
8.1.4 光电子能谱分析方法
表8-2：阳极污染辐射激发引起的“鬼峰”位置 污染辐射 Mg O (Kα ) Cu (Lα ) 728.7 323.9 阳极材料 Al 961.7 556.9
材料现代研究方法
8.1.3 化学位移
(3) 对少数系列化合物，由核磁共振波谱仪 (NMR)和穆斯堡 尔（Mossbauer）谱仪测得的各自的特征位移量同XPS测得的 结合能位移量有一定的线性关系。 (4) XPS的化学位移同宏观热力学参数之间存在一定的联系。
材料现代研究方法
8.1.3 化学位移
（二）终态效应 (1) 弛豫效应
2.5
材料现代研究方法
8.1.5 X射线光电子能谱仪
（三）分析器系统 分析器由电子透镜系统、能量分析器和电子检测器组成。 常用的静电偏转型分析器有球面偏转分析器(CHA)和筒镜
分析器(CMA)两种。
（四）实例分析 分析方法通常被用来表征样品中的组分变化。
材料现代研究方法
8.1.5 X射线光电子能谱仪
半高峰宽 射 线 Y M 能 量 (eV) 132.3 0.44
Zr
Na Mg Al Si Ti
M
K K K K K 1
151.4
1041.0 1253.6 1486.6 1739.40.8 0.8 1.4
Cr
表面分析技术
表面分析技术表面分析技术是一项涉及材料和表面特性研究的重要技术手段。
通过对材料表面的分析和测试，可以了解材料的化学成分、结构形态以及物理性质等重要信息。
这些信息对于材料科学、化学工程以及各种工业领域的研究和应用具有重要的指导意义。
本文将介绍常见的表面分析技术及其应用，并探讨其在材料研究领域中的重要性。
一、X射线衍射（XRD）X射线衍射技术是一种分析晶体结构和晶体取向的重要手段。
通过照射材料表面的X射线，利用倒转的原理，可以得到材料中晶体的信息，如晶体晶胞参数、晶面取向和结晶度等。
X射线衍射技术广泛应用于金属材料、无机晶体、聚合物材料以及生物材料等领域的研究中。
二、扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种通过扫描材料表面的电子束来获取表面形貌和成分信息的技术。
通过SEM技术可以观察到材料的微观形貌、表面粗糙度以及颗粒分布情况。
此外，SEM还可以结合能谱分析，获取材料的元素成分信息，对于材料表面的成分分析具有重要意义。
扫描电子显微镜的高分辨率、高灵敏度和高成像质量使其成为材料科学研究中不可或缺的工具。
三、原子力显微镜（AFM）原子力显微镜是一种通过探针在材料表面扫描获取高分辨率表面形貌和力学性质的技术。
与扫描电子显微镜类似，原子力显微镜可以获得纳米级别的表面形貌信息。
此外，通过原子力显微镜还可以研究材料的力学性质，如力曲线、硬度和弹性模量等。
原子力显微镜在纳米材料研究、表面重构以及生物医学领域的研究具有重要应用价值。
四、拉曼光谱（Raman）拉曼光谱是一种通过激光照射材料表面，并测量散射光强度的技术。
拉曼光谱的原理是根据材料分子振动产生的震动频率差异来获取材料的化学成分和物理性质信息。
通过拉曼光谱可以研究材料的晶体结构、官能团成分以及分子结构的变化等。
应用于纳米材料、生物医学和化学合成等领域的研究中。
五、表面增强拉曼光谱（SERS）表面增强拉曼光谱是一种通过将材料置于金属纳米颗粒表面，使得拉曼信号得到大幅增强的技术。
薄膜光学与制作_第08章 薄膜的表征方法
薄膜的表征方法
2. 化学态的分析
依据：化学位移和各种终态效应以及价电子能带结构等
XPS主要通过测定内壳层电子能级谱的化学位移可以推知 原子结合状态和电子分布状态
一定元素的电子结合能会随着原子的化学态发生变化－化 学位移。这一化学位移的信息是元素状态分析与相关结构 分析的主要依据
在XPS中，除光电子谱线外，还存在X射线产生的俄歇峰。 这是由于用能量100~3000eV的X射线激发，绝大部分元素 处有光电子发射外，还可发射俄歇电子
薄膜的表征方法
四、定量分析
在表面分析研究中，我们不仅需要定性地确定试样的元 素种类及其化学状态，而且希望能测得它们的含量，对 谱线强度作出定量解释，XPS定量分析的关键是要把所 观测到的信号强度转变成元素的含量，即将谱峰面积转 变成相应元素的含量
薄膜的表征方法
薄膜的表征方法
Intensity / cps
数s (3) 自由电子的动能Ek
则 h＝ Eb＋ Ek ＋ s
薄膜的表征方法
当样品置于仪器中的样品架上时，样品与仪器样品架材料 之间将产生接触电势差A- s (A ：分析器材料层逸出功) 进入分析器光电子动能为：
则 Ek ＝ h - Eb - A
薄膜的表征方法
各种原子、分子轨道的电子结合能是一定的，据此可鉴别各 种原子和分子，即可进行定性分析
at 200 V
薄膜的表征方法
4000 3000
Ti4+ 2p2/3
Intensity / cps
2000 1000
Ti3+ 2p2/3 Ti2+ 2p2/3
0
470 468 466 464 462 460 458 456 454 452
表面分析技术讲义
表面分析技术讲义绪论一、表面与表面科学1. 表面与界面的定义2.表面科学的三个组成部分表面科学主要由表面物理、表面化学和表面分析技术三个方面所组成，是当前材料科学的前沿。
3.表面科学发展的三个阶段（1）1947年以后(点接触二极管于1946年发明),人们开始认识到半导体表面的重要性，研究了干燥空气、湿空气、含臭氧空气等对锗表面的影响。
此阶段证实了表面态的存在，但对它的来源仍不清楚。
（2）1957年前后，超高真空技术发展起来，已可以获得10-9Torr （1Torr=133.332 Pa）的真空度。
通过解理、离子轰击、场致蒸发等方法可以获得一个清洁表面。
人们注意力集中在清洁表面的原子排列，发现在表面原子存在重构或驰豫，并通过物理方法测量了表面的光、机、磁等特性，发现与体性质有明显的区别。
此阶段仍处于唯象阶段。
（3）1968年Harris发现Auger电子能谱（AES）可以用来确定表面原子的化学态和成分。
随后光电子能谱（XPS）、二次离子质谱（SIMS）等表面分析技术的相继出现，使人们可以了解表面几十个原子范围内和微区（1 m或更小）的成分和它们的化学态。
60年代末期以来，随着计算机技术、电子测量技术和超高真空技术的发展，表面科学也以极其迅猛的速度发展。
二、表面科学研究领域1．表面科学研究的领域表面科学研究表面和与表面有关的过程，包括宏观的和微观的。
近几十年来表面科学从原子水平来认识和说明表面原子的化学、几何排列、运动状态、电子态等性质及其与表面宏观性质的联系，推动了基础研究和新技术的发展。
表面科学是近代研究的重要领域，它有许多技术应用。
例如：①小于1 m的薄膜（半导体、绝缘体和金属膜等），具有复杂的图案和结构，要求高纯和精确掺杂。
②膜的内部和界面问题。
通过离子溅射逐层剥离变成表面问题，或在薄膜和界面形成过程中作为表面问题加以研究。
③器件小型化带来的表面问题。
④新型微波器件和集成光学器件中的超晶格技术的超晶格量子现象及表面问题。
表面分析技术的原理
X射线光电子谱(XPS)
仪器结构
XPS需要用软X射线辐照样品，并对样品表面 所产生的光电子的能量进行分析。因此一台X射线 光电子谱仪(简称XPS谱仪)由下列几部分组成：真 空室及与其相应的抽气系统；样品引进和操纵系统； X射线源；电子能量分析器及与其相联的输入(或传 输)电子光学透镜系统；电子检测系统及基于PC机 或工作站的服务性数据处理系统，两者同时控制谱 仪操作并提供处理数据的手段。
红外碳硫分析仪
1.量程： C：0～6％ S：0～1％
2.检测器： 4个 CO (1个)/ CO2（高 低2个）SO2
3.灵敏度
0.01ppm 4.固体标样精度：
C：0.3ppm S：0.3ppm
氧氮分析仪
1.测定元素 : 氧氮联测 2.分析范围:O: 0-0.1wt%/0-1000wtppm；N:0-0.5wt%/05000wtppm减少称样量可达100wt% 3.标准样品重量 : 标准1.0g 4.灵敏度(最小读数): O/N: 0.001wtppm 5.分析时间 : 约40秒 炉子输出功率 : 最大8000W
◆ 表面分析仪器是建立在超高真空、电子－离子光 学、微弱信号检测、精密机械加工以及电子计算机等 技术基础上的，是综合性较强的仪器。
◆ 任何一种表面分折技术都有它的长处，也有它的 短处。因此综合应用不同的分析技术以得到相互补充、 完善的分析结果常被采用。
因而出现了多功能表面分析仪器 (如XPS-AES-UPS；AES-SIMS； XPS-AES-ISS-SIMS等)。
表面分析应用实例
SURFACE AND INTERFACE ANALYSIS 2002; 33: 252–258
Change of N 1s peak of NC C CA during xray exposure. For convenience, the spectra are shifted.
检测检验的表面分析技术
检测检验的表面分析技术表面分析技术是一种对固体表面进行分析、检测、确定其化学成分、结构和形貌的方法。
随着科技的发展和产业的不断发展，表面分析技术逐渐得到了广泛的应用，成为解决工业生产过程中表面质量问题的重要手段之一。
在工业生产中，表面质量是非常重要的。
各种产品在生产流程中，都需要经过各种表面加工工艺，比如精加工、镀层处理、喷涂、硬化等等。
这些加工工艺的质量，直接影响着产品外观的美观度、功能性能的稳定性和产品寿命的长短。
因此，选择一种准确可靠的表面分析技术来确保产品表面质量，对于提高产品质量和市场竞争力至关重要。
其中，检测检验的表面分析技术成为重要的质量保障标准之一。
它利用各种化学、物理、光学等技术手段，对产品表面进行实时分析，以便及时发现产品表面缺陷、异物、污染物等问题，从而及时采取相应措施，保证产品的表面质量。
常见的表面分析技术有哪些呢？首先是电子显微镜技术。
电子显微镜技术以其高分辨率、高灵敏度和非常适合分析微小颗粒的优点，被广泛应用于表面分析领域。
它可以分析表面的形貌、微观结构，同时还可以准确定位污染物，进行表面成分分析等工作。
其次是X射线衍射技术。
X射线衍射技术被广泛应用于材料检测和分析领域。
由于不同材料具有不同的晶格结构，所以X射线通过物质后可以得到不同的衍射图谱，通过对衍射图谱的分析可以确定材料的成分、晶体结构等信息。
还有光学显微镜技术。
光学显微镜技术可以对样品进行光学图像的收集和分析，并生成具有高分辨率、高灵敏度的图像。
同时，还可以透过镜头对表面进行更为深入的观察和分析，以便更加准确地确定表面问题的位置和范围。
此外，还有拉曼光谱技术、原子力显微镜技术等等。
这些表面分析技术不仅具有广泛的应用领域，而且在实时性、准确性、可靠性等方面也有很大优势。
为什么检测检验的表面分析技术如此重要呢？首先，表面分析技术可以及时发现问题。
当出现产品表面问题的时候，通过表面分析技术的手段可以及时发现问题并找到问题的位置和范围，从而及时采取相应措施，避免问题扩大化。
表面分析技术
有了这些相对灵敏度因子(Sn)，任一所选元素 A的相对原子浓度可从下式简单地获得：
IA
CA＝
SA In
n Sn
聚合物的XPS信息
在讨论聚合物谱的阐释之前，首先需要考虑的是可能引 起问题的两个因素，即样品荷电、及与之相关的结合能 坐标基准，以及样品的辐照损伤。
样品荷电 X射线辐照期间从绝缘体表面发射电子，不可
X射线荧光分析显微镜
技术参数
1.X光微细光束发生器X光束开关机构：Ф10μm或 Ф100μmXGTX发生器：X光管（靶材：Rh）管电压： 15、30、50KV（可选）管电流：0.1、1.0 MA 2.X光探头① 硅探头：高纯硅X光探头（Xerophy） 可 检元素11Na-92U 3.同时可测图象数：一个透射X光映象31个X荧光映象 （256×256像素）或15个X荧光映象（512×512像素） 4.定量分析（FPM和测量线定量） 5.光学显微镜：放大倍数10
◆ 表面分析仪器是建立在超高真空、电子－离子光 学、微弱信号检测、精密机械加工以及电子计算机等 技术基础上的，是综合性较强的仪器。
◆ 任何一种表面分折技术都有它的长处，也有它的 短处。因此综合应用不同的分析技术以得到相互补充、 完善的分析结果常被采用。
因而出现了多功能表面分析仪器 (如XPS-AES-UPS；AES-SIMS； XPS-AES-ISS-SIMS等)。
出射的电子可能来自紧束缚的内能级，也可能来自 弱成控价能级或分子轨道。只有部分光电离的电子能从 表面逃逸后进入真空。
总的来讲，这就称之为光电效应。对光电子发射作 如上所述的能量分析，就可以产生以电子强度作为能量 函数的谱。
表面原子 组成的定 量分析
对于聚合物表面分析，最方便的是用C ls＝1 (而不是F ls＝1)以建立内部相对灵敏度因子。
表面分析技术
固体表面物理化学
电子与表面相互作用
Ag
538 2 0.41 aE E 5A
o
Fig. 3.4
2018/12/4
Source：华中一
北京大学化学与分子工程学院 － 表面与材料小组
固体表面物理化学
离子与固体表面作用
1. 弹性散射，离子本身不损失能量，前散射和背散射； 2. 非弹性散射，离子损失能量，前散射和背散射； 3. 离子注入，钻入样品内； 4. 轰击样品，产生表面剥离； 5. 俘获、再释和溅射脱附。
2018/12/4
Source：高本辉，崔素言
Source：华中一
北京大学化学与分子工程学院 － 表面与材料小组
固体表面物理化学
电子与表面相互作用
电子自由程：电子与晶体中的原子核产生两次连续碰撞之间所走过的 平均路程称为电子自由程，。 电子自由程与电子的本身能量有很大关系，如图 3.4 。在 30 ～ 100 eV 以内，其值达到最小，约为0.1 ～ 0.8 nm = 1 ～ 8 Å，即大约三个原子 层左右。LEED就是利用这个能量段来工作的。对于实际的电子平均自由程 ，不但与电子自身能量有关，还与材料有关，Seah等人总结了大量的数据 ，得到经验计算公式如下：
发射；
3. 表面电离：当气体分子撞击灼热表面时，一部分以分
子或原子状态飞离表面，另一部分以正负离子的形式 飞离，这叫表面电离。
3. 光衍射；
4. 光激发，产生光电子； 5. 光诱导表面分子脱附和反应。
2018/12/4 北京大学化学与分子工程学院 － 表面与材料小组
固体表面物理化学
中性粒子与固体表面作用
1. 粒子弹性碰撞； 2. 粒子非弹性碰撞； 3. 粒子表面吸附； 4. 粒子18/12/4
表面分析技术_授课内容
分析方法名称
简称
主要用途
e x射线光电子谱
e 紫外线光电子谱
XPS UPS
成分、化合态 分子及固体电子态
e 同步辐射光电子谱
SRPES 成分、原子及电子态
红外吸收谱
IR
原子态
拉曼散射谱
RAMAN 原子态
扩展x射线吸收谱精细结构 SEXAFS 结构
角分辨光电子谱
ARPES 原子及电子态结构
I
光子诱导脱附谱
FEED
电子态
STM
形貌
TDS
原子态
SCANIIR 成分
MBS
结构、原子态
AM
形貌
21
材料表面分析技术：1-概述
部分表面分析设H 备的分析范围
22
材料表面分析技术：1-概述
XPS AES
ILS
ISS
RBS
SIMS
测氢
No
No
No
No
No
Hale Waihona Puke Yes元素灵敏度均匀性 Good Good Bad Good Good
2）性质(Property) 材料对电、磁、光、声、热、机械载荷的反应，主要决定于材料的组成与结构。
H
7
材料表面分析技术：1-概述
3）加工(Processing) 材料的制备、合成、压力加工、机械加工、废料的再生处理等。
4）效能(Performance) 材料在使用状态下表现的行为，它与材料设计、工程环境密切相关。使用性能包 括：可靠性、耐用性、寿命预测及延寿措施等。
• 晶体的相结构。 各种相的结构，即晶体结构类型和晶体常数，相组成。
• 化学成分和价键（电子）结构。 包括宏观和微区化学成份（不同相的成份、基体与析出相的成份）、同种元素的 不同价键类型和化学环境。
表面分析技术综述
表面分析技术综述—有感于屠一锋教授所讲仪器分析之表面分析技术摘要：表面分析技术是通过分析探束或探针与材料表面发生作用产生的许多信息而研究表面的。
主要分为表面形貌分析、表面组分分析和表面结构分析等几大部分，其中表面形貌分析技术有扫描电镜、透射电镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等；表面组分分析技术主要有俄歇电子能谱、光电子能谱、二次离子质谱、电子探针显微分析、离子探针显微分析等；表面结构分析技术主要有x射线衍射、电子衍射和中子衍射等。
本文主要讨论了上述方法技术的原理、适用范围及特点。
关键词：表面表面分析技术TEM SEM STM AES XPS XRD 应用发展一引言：物体与真空或气体间的界面称为表面，由于表面的最外层电子层原子的成键力士不饱和的，所以表面具有内部体相所不具备的特殊物理化学性质。
因此，很多的物理化学过程，如催化、氧化、钝化、吸附、扩散等，常常首先发生在表面，甚至仅仅发生在表面。
表面的化学组成、原子排列、电子状态等往往和体相不同，有其特性和重要性。
表面分析是机遇光子、电子、离子和电场与所研究材料相互作用的物理技术，对一个原子层到几微米厚的物质表面层进行分析表征的学科。
能提供三方面的信息：①.表面化学状态，包括元素种类、含量、化学价态以及化学成键等；②.表面结构，从宏观的表面形貌，物相分布以及元素分布到微观的表面原子空间排列；③.表面电子态，涉及表面的电子云分布和能级结构。
表面分析可大致分为表面形貌分析、表面成分分析和表面结构分析三类。
表面形貌分析指“宏观”几何外形分析，主要应用电子显微镜(TEM、SEM等)、场离子显微镜(FIM)、扫描探针显微镜(SPM，如STM、AFM等)等进行观察和分析。
表面成分分析包括表面元素组成、化学态及其在表层的分布(横行和纵向)测定等，主要应用X射线光电子能谱(XPS)、俄歇电子能谱(AES)、电子探针、二次离子质谱(SIMS)和离子散射谱(LSS)等。
表面结构分析指研究表面晶相结构类型或原子排列，主要应用低能电子衍射(LEED)、光电子衍射(XPD)、扫描隧道显微镜和原子力显微镜等。
表面分析技术
表面分析技术综述程虎化学091 0916391034[摘要] 介绍表面分析研究的内容和分析技术，具体论及电子探针显微分析、俄歇谱分析、光电子能谱、二改离子质谱等．同时综述表面分析技术的现状及其发展前景。
关键词：表面分析技术表面成分表面结构分辨率1 前言表面科学是六十年代后发展起来的一门科学。
所谓表面分析，指的是固体最外层数个nm(1~10原子层)表面及薄层的组分、结构和能态分析。
这层原子既受体内原子束缚，又受表面特殊环境的影响。
表面成分、结构、化学状态与体内不同。
而表面特性对材料的物理、化学等性能影响很大。
侧如金属表面氧化、腐蚀、磨损、粘接、润滑以及金属材料脆性、断裂等均与表面或界面的特性有关。
从物理角度看，任何两个相的接触处均产生一个性质不同于两侧的原子层(即接触层)，称作为界面。
固相与固相，固相与液相、固相与气相或真空之间的接触面都是界面，而通常所说的表面系指固体或液体与气体所构成的界面。
即界面包含表面，表面是界面的一种特殊情况。
鉴于人们的习惯，大都仍然用表面这一术语。
表面科学研究的主要课题不外乎是：研究表面和界面附近原子的种类和数量，以及这些原子的空间分布，即表面成分；研究表面和界面原子是如何排列的，以及与体内区别，即表面结构；研究表面和界面的愿子能级、价态电子和自由电子的能态结构及电荷密度的空问分布，即表面电子状态。
总之，表面科学的基本任务是以原子或分子为尺度，获得表面成分、结构和状态等基本信息。
如在金属材料研究中主要是解决表面成分和结构问题，而在真空电子科学中，则一时一刻也离不开对表面电子结构的研究。
研究这些表面现象的相互关系、相互影响，提出和确立相应的理论，进一步指导生产和实践。
2 表面分析技术表面分析技术，按用途大致可分为表面结构、成分和状态分布三大类。
目前表面分析技术已超过三十余种，在我国主要教采用的有EPMA、AES、EELS，XPS、SIMS、FIM等。
2．1电子探针显微分析(EPMA)电子探针显微分析(EPMA)电子探针显微分析应用得较早，五十年代出现了商品，七十年代末仪器水平和功能迅速提高。