中科院固体表面物理化学笔记_——Jeveels
表面物理课程笔记
表面物理第一章：引言第二章：表面原子结构第三章：低能电子衍射LEED与反射高能电子衍射RHEED第四章：扫描探针显微镜SPM第五章：表面电子态第六章：俄歇电子能谱AES第七章：X射线光电子能谱XPS第八章：紫外光电子能谱UPS●第一章：引言1.均匀块体与外部真空（其实未必是真空）之间的，固体的最外几个原子层组成的过渡层叫做表面。
2.表面包括2-~10层原子，几nm。
3.表面与块体的不同：不同组成、不同原子结构、不同电子性质等。
4.表面积体积比D：尺度越小表面影响越大。
5. microwrold:10-4~10-6mnanoworld:10-7~10-9m6.表面弛豫：纵向原子层重组表面重构：横向原子重组。
7.表面键的不同导致体能带能隙中的表局域电子态。
8.表面物理研究对象：表面形貌、表面组分、表面原子结构、表面电子结构。
表面吸附与去吸附、表面振动。
9.表面原子结构主要研究手段：电子衍射、STM。
非直接：LEED、RHEED、PES 直接：TEM(透射电子显微镜)、STM、AFM。
10.表面组分主要研究对象：确保表面洁净、表面偏析、表面吸附等。
表面组分主要研究手段：AES、XPS。
低浓度样品可用二次离子质谱SIMS。
11.表面电子态包括本征的（悬键）与非本征的（表面缺陷等）。
表面电子态影响表面吸附。
化学反应等。
在半导体异质结中决定费米能级钉扎、裁剪肖特基势垒并影响异质结面的带结构。
12.表面吸附：物理吸附（弱键）、化学吸附（强键）TPD（程序升温脱附法）可用来研究表面吸附与去吸附。
UPS可用来研究表面吸附，确定是联合吸附还是游离吸附。
13.14.从外至内：俄歇电子、二次电子、X射线荧光。
15.电子平均自由程：非弹性碰撞前行走的距离，取决于电子动能。
平均自由程在50~100eV范围最小，高能低能两端都增大（非弹性散射主要是电子与固体中电子作用而非电声作用。
高能端速度大，与固体中电子碰撞时间短，非弹性碰撞几率小，自由程大。
第六章.固体表面--气固界面现象
前面已讨论了固－液界面现象，这里将对气－ 前面已讨论了固－液界面现象，这里将对气－固界面即 固体表面进行讨论。 固体表面进行讨论。 1. 固体表面的不均匀性 表面形状：固体按其大小和形状可分为： 表面形状：固体按其大小和形状可分为：普通大小的固 体，纤维状固体，粉末状固体及粒径在10－6m以下的所 纤维状固体，粉末状固体及粒径在10－6m以下的所 10 谓胶体粒子。普通固体表面：固体表面跟液体表面不同， 谓胶体粒子。普通固体表面：固体表面跟液体表面不同， 肉眼看是平滑的，放大1000倍以上则为不平滑的了。 肉眼看是平滑的，放大1000倍以上则为不平滑的了。 1000倍以上则为不平滑的了
Γ=
τ1 + τ 2
2
② 晶体的自然外形及表面自由焓 一般固体的外形主要取决于加工， 一般固体的外形主要取决于加工，自然晶形则与晶体 的表面自由焓直接相关。 的表面自由焓直接相关。可以将多晶面固体加工成球 正方形等任何形状， 形、正方形等任何形状，但当我们将这某一特定形状 的多晶面体加热融熔后，冷却或溶解后再浓缩析出时， 的多晶面体加热融熔后，冷却或溶解后再浓缩析出时， 定会自发地呈现原来的多晶面形状。 定会自发地呈现原来的多晶面形状。这是因为固体分 子呈有序排列时，在某种状态下自由焓最低。 子呈有序排列时，在某种状态下自由焓最低。即一定 体积的固体必然要构成总的表面自由焓最低的形状。 体积的固体必然要构成总的表面自由焓最低的形状。
铁：570oC以下 570oC以下 Fe2O3/ Fe3O4/ Fe
金属的氧化程度取决于与其共存的氧的分压。 分 金属的氧化程度取决于与其共存的氧的分压 。 压高， 则易生成深度氧化物， 压高 ， 则易生成深度氧化物 ， 否则即生成不完全 氧化物。 氧化物。 合金的情况更复杂。 Fe和 Cr的合金就因 Cr的含量不 的合金就因Cr 合金的情况更复杂 。 如 Fe 和 Cr 的合金就因 Cr 的含量不 同， 其表面结构也不同： 其表面结构也不同： 5％ Cr Fe2 /Fe3 /FeO/FeO Cr2 /Fe+Cr2 Fe2O3/Fe3O4/FeO/FeO· Cr2O3/Fe+Cr2O3/Fe+Cr 10% 10%Cr Fe2 /Fe3 /FeO· Cr2 /Fe+Cr2 Fe2O3/Fe3O4 /FeO Cr2O3/Fe+Cr2O3/Fe +Cr 23% 23%Cr ： Cr2 Cr2O3/Fe + Cr
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• 式中W1、WA 分别为配制溶液时溶质、 溶剂的质量。
一般常用的溶液组成表示法有以下几种：
一、重量百分数：
组分 i 的重量百分数： Wi ； 组分 i 的质量分数：Wi（溶质质量与
溶液总质量之比）。 重量浓度百分数：
数值上等于每 100g 溶液中所含溶质 的克数（无量纲）。
二、质量（重量）摩尔浓度
组分 i 的质量摩尔浓度：m i（mol / kg）， 溶质 i 的摩尔数与溶剂的千克数之比：
很早以前人们就已经知道，当溶质溶于 溶剂中时，将使溶剂的蒸气压降低。
1887年，拉乌尔（Raoult）总结了这方 面的规律，得到拉乌尔定律。
一、拉乌尔定律表述
定温下稀溶液中溶剂的饱和蒸气压PA 正 比于溶剂在溶液中的摩尔分数 xA；
其比例系数即为该温度下纯溶剂 A 的饱 和蒸气压 PA*：
(稀溶液) …② 式中：为溶液的密度（ kg / m3 ） 。
xi MAmi …① ci mi …②
由 ① ②：
ci MA xi
…③
• 由于 A 随温度变化而变化，故 ci 随 温度变化而变化；
• 但 xi、mi 与温度无关，所以物理化学中 常用 xi、mi 表示浓度。
§4.3 拉乌尔（Raoult）定律
i
结论：
• 稀溶液中溶剂蒸气压的降低值与溶质在 溶液中的总摩尔分数成正比。
二、拉乌尔定律适用范围
只有在稀溶液中的溶剂，方能较准确地 遵守 R- 定律。
解释：
在稀溶液中，溶剂分子之间的相互作用 受溶质的影响很小（∵溶质分子很稀疏 地散布于大量溶剂中），所以溶剂分子 的周围环境与纯溶剂分子的几乎相同。
PA= PA* xA （稀溶液）
上式适用于单溶质或多溶质稀溶液。
物理化学表面11-4
∴ 粘附过程体系对外做的最大功
Wa γsg γlg γsl
一定T、p下，Wa ,G
液体越易润湿固体，固-液界面结合越牢固
2. 浸湿及浸湿功
胶粘剂
一定T、p下，
浸湿单位面积固体 表面时体系吉氏自 由能变化：
G γsl γsg Wi Wi γsg γsl
润湿角(接触角)θ：
s-g
oG
l-g
s-l
L
s - g
G
o
s-l l-g
L
润湿角(接触角)θ：
s-l
l-g
S O
G
s-g
L
以右图为例,液滴平衡时：
γsg γsl γlg cos
l-g
s-g Oຫໍສະໝຸດ s-lG LS
cos γs-g γs-l
γl-g
扬氏方程
讨论：
① 完全润湿 0, cos 1
γlg γsg γsl
γsg γlg γsl ② 润湿 0 90,0 cos 1
γsg γsl γlg
γsg γlg γsl ③ 不润湿 90 180 ,1 cos 0
γsg γsl 0 ④ 完全不润湿 180 , cos 1
γlg γsg γsl γsl γlg γsg
杨氏方程代入式
Wa γsg γlg γsl Wi γsg γsl
S γsg γsl γlg
得到： 粘湿功 Wa γlg (1 cos ) 浸湿功 Wi γlg cos
铺展系数 S γlg (cos 1)
故可以用润湿角θ和液气表面张力来求这些功值及△G 测润湿角θ 方法：
角度测量法（斜板法）、长度测量法（吊片法）、力测 量法等。
表面物理Word版
一块体材料所具有的一切性质取决于它所包含的原子的数量和类型，及它们在空间的相互排列情况。
利用固体的能带理俊(如ROSENBERG的书，1975)所提供的丰富知识，‘可以从理论上和实验上使一些性质与化学成分和晶体结构简单地联系起来。
例如，结晶固体分为绝缘体、半导体和导体，热性质和电性质之间的关系的解释，霍尔效应和磁阻效应的出现，这些都可以在固体的能带理论的体系范围内获得令人满意的解释。
要把其他性质与固体的理论模型联系起来就必须采用富于经验性的方法。
.作为这类性质的一个例子就是某些金属的强磁性。
这个性质取决于固体中大的相互作用之间的小差别，，‘因此需要一种难度大的成熟理论才能解释。
例如，机械蠕变和疲劳失效是需要.了解结晶固体出现的缺陷及这些缺陷在外力作用下的运动现象。
’此外，这些过程的理论描述也是困难的。
然而，如果对材料的成分与结构能充分地理解，则这些性质在原理上是可确定的。
表面物理是研究固体表面的化学成分和原子排列，以及固体的力学性质，电子性质和化学性质的理论和观测。
与块状固体的研究一样，、最终目的是确立一种对性质、成分与结构之间的关系的理解。
·我们有许多理由可以预言，固体表面写体材料内部会有不同的性质，这些差异正好推动物理学家去_研究并设法去理解这些差异。
同样重要的，如果表面的作用能被完全弄清楚，那末许多与固体表面使用有关的有.技术意义的过程就可能以某种方式被改善。
书中我们把表面着成固体最上面的几令原子层。
在许多出版较久的表面化学或冶金类书中，丧面被看成固体最上面厚约I}Onm左右的一层。
这令厚度与其说是用当时基本的物理研究确定的，不如说是用当时所掌握的技术测定的。
我们认为表面与固体内部的性质不同可以这样来理解，即考虑表面是由通过平行于一个选定的原子面切割固.体所形成的。
如果原子没有因为这个操作而受到扰动并离开它们的体平衡位置，那么这个表面就可以说是一个“外露的体平面，，. 〔图1-1(0>]。
表面吉布斯自由能和表面张力
表面热力学基本公式
dU = TdS – PdV + γ dA + ∑μBdnB dH = TdS + VdP + γ dA + ∑μBdnB dF = -SdT – PdV + γ dA + ∑μBdnB dG = -SdT + VdP + γ dA + ∑μBdnB
定义： γ 表面Gibbs自由能
R'
Young-Laplace公式特殊式的推导
对活塞稍加压力，毛细管内液体外 出少许，液滴体积增加dV，表面积 增加dA
克服ps体积膨胀功：psdV dA增加，Gibbs自由能增加： γdA
R '+ dR '
Ps P0 + Ps
psdV = γ dA
V = 4 π R'3
3
dV = 4π R'2dR'
当θ<900 液面为凹面，液柱上升，h为正值
界面有一定的厚度,有单分子层,也有多分子层,界 面层的结构和性质与它邻近的两相大不一样
常见的界面
气-固界面
空气
CuSO4 溶液
气-液 界面
Cr镀层
H2O
铁管
液-液
Hg
界面
固-固界面
Hg
液-固界面
H2O
玻璃板
界面现象
表面层显示出一些不同于相本体的一些独特性质： 如 表面张力 表面吸附 毛细现象 过饱和状态
平面：
R1= R2 =∞, ps= 0
不规则形状液滴，附加压力的大小和方向不同。 这种不平衡力迫使液滴呈球型，达到球面各点压 力相同
毛细管现象
相对于液体平面，毛细管内液柱上升(下降)的现象
计算固体表面能的Young_Good_Girifalco_Fowkes方程的理论[1]
![计算固体表面能的Young_Good_Girifalco_Fowkes方程的理论[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/05987e4769eae009581bec90.png)
Δ1
=
ε1 ε1
(iωn) (iωn)
- ε3 (iωn) +ε3 (iωn)
(5)
Δ2
=
ε2 ε2
(iωn) (iωn)
- ε3 (iωn) +ε3 (iωn)
(6)
ωn = 4π2nk T/ h
(7)
其中 ,h 是 Planck 常数 ,ωn 是频率 ,n 是有关 振动 的 量 子 数 。为 了 以 下 各 式 的 简 洁 , 采 用
(12)
其中 ,ω12 = ∫0∞{ [ε1 (iωn) - 1 ] [ε2 (iωn) -
1 ]}2/ { [ε1 (iωn) + 1 ] [ε2 (iωn) + 1 ]}2dω。 在使用 Lif shitz 方程时 ,必须知道两个物体 1
和 2 及介质 3 在全部频率范围内 (即 ωn 从 0 到
开始 ,而是从 Rytov 的电场波动理论[12 ] 开始 ,通 过对所有响应频率的 Maxwell 应力张量的法向分 量的 Fourier 变换式求积 ,得到一个以真空或某一 介电质为介质 3 的两块半无穷长平行板 1 、2 (如 图 1) 间的范德华作用能Δ G132 。
图1
上述的电磁场可用复介电常数谱作完全地描 述 ,因此 ,根据 Lif shitz 理论 ,复介电常数谱是完 整描写宏观物体间吸引力所需的唯一重要的性
摘要 根据 Lifshitz 理论在凝聚体系分子间作用方面的应用成果 ,并结合 Good R J 和 Fowkes F M 等人 的研究成果 ,阐述了粘附功的色散 、偶极和诱导作用分量可用统一的几何方程来表达的理论根据 ;同时 ,根据 酸碱作用理论的新成果 ,并通过类比的方法 ,得到了粘附功的酸碱作用分量的四参数方程 。如此 ,我们便基本 上清楚地阐明了通过接触角来计算固体表面能的 Young - Good - Ginfalco - Fowkes 方程的理论来源 。
第2章 表面工程技术的物理、化学基础
2 3
a--原子间距；
EL—台阶生成能
据分析：面心（111）面上台阶的0约为4a. 简单立方（100）台阶（10）的0约为30a 实际中，表面会存在大量缺陷，空位、位错露头、晶界 痕迹等。
四 表面扩散
物质中原子（分子）的迁移现象称为扩散． Fick扩散第一定律和扩散第二定律． 扩散过程中原子扩散平均扩散距离 为 X
3 润湿理论的应用 a 通过改变来调整 ，加入表面活性物质； b 改变铺展系数，如增加粗糙度； c 不粘锅
第二节 材料磨损原理及其耐磨性
磨损是三大失效形式之一。 不像力性是材料的固有特性，受多方 面的影响，如接触条件，工况，环境，介质， 是一系统性质。 始于表面，表面是决定材料耐磨性的关键； 磨损机制不同，对材料的要求相差很大；
一、固体材料的摩擦与磨损
摩擦----相互接触的物体相对运动时产生 的阻力。 磨损----相互接触的物体相对运动时产生 的物体损失或残余变形。 因果关系
腐蚀减小尺寸，不改变力性
2. 可逆物理和物理化学过程
使表面自由能下降，力性发生变化。任何固体都 存在莱氏效应。 例：玻璃、石膏吸附水蒸气后，强度下降； 铜表面覆盖熔融薄膜后，使塑性大大下降。六固体表面的物理 Nhomakorabea附和化学吸附
莱宾杰尔效应具有如下显著特征： 1. 环境介质的影响有很明显的化学特征；
X c Dt Q D D0 exp RT Q 扩散激活能。
__
(2 4)
扩散温度，基体金属，扩散元素， 浓度，合金元素，晶格类型，固 熔体类型，晶格缺陷，磁性状态 等
t 扩散时间；D 扩散系数；C 几何因素决定的常数 (2 5)
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1.Introduction✧表界面的分类：气-液；气-固；液-液；液-固；固-固✧表面浓度✧分散度✧表面形貌非均匀性原因：由于固体表面原子的组成、排列、振动状态和体相原子的不同，由于悬挂键导致的化学性质活泼，以及周期性的势场中断导致的表面电子状态差异，固体表面形成很多导致表面形貌非均匀性的元素。
✧位错密度✧表面粗糙度：✧原矢✧米勒指数（miller index）✧晶面间距d hkl✧✧✧表面自由能✧减小表面能的方法✧表面原子重排机理1：表面弛豫作用2：表面相转变3：吸附对纯净底物表面结构的影响层间距的变化；重组的表面结构的变化；吸附原子可以诱导表面重组✧内外表面内表面：多孔或多层材料，孔内或层间的表面比表面积：单位质量材料的表面积；用BET方法测量2.固体表面性质简介固体表面的性质结构特征：不同的位置有不同的性质表面运动：气体分子表面撞击速度；表面扩散系数（爱因斯坦方程）：外延生长原子的运动流程：a沉积/吸附在平台上-deposition；b沉积在原子岛上；c平台上扩散-diffusion；d脱附-desorption；e成核-nucleation；f交互扩散-interdifusion；g 粘附在平台上-attachment；h从平台上脱离-detachment；i：粘附在台阶上化学性质：表面浓度依赖于气体分子撞击速度R相界面（Gibbs界面）表面热力学函数其他类推：S，G，G s比表面自由能与温度的关系; ;Van der Waals and Guggenheim Equation:Where: T c为临界温度；为0Kし的表面张力；固体表面能的理论估算金属表面张力估算；偏析作用来自晶体或固溶体中的杂质或溶质在界面聚集的现象表面偏析公式：正规溶液参数扩散扩散：由热运动引起杂质原子、基质原子或缺陷输运的过程原因：原子或离子分布不均匀，存在浓度梯度，产生定向扩散扩散机理：间隙扩散，空位扩散，环形扩散表面扩散靠吸附原子或平台空位的运动实现。
一维随机行走理论：表面原子通过扩散进行迁移，原子运动方向移动，每次跳跃距离等长d，将原子加以标记，温度T下，净距离为x，有Einstein方程吸附的基本过程1：反应物扩散到活性表面；2一个或者多个反应物吸附在表面上；3表面反应；4产品从表面脱附；5产品从表面扩散出去吸附动力学; 其中x为动力学级数；p为分压; E a活化能; ; ;S粘着几率；F入射分子流；表面覆盖率函数吸附方式物理吸附：Van der Waals Force；电荷密度轻度分布化学吸附：化学键，电子密度重排，完全离子键，完全共价键几种元素的化学吸附氢气（H2）：没有与基地原子相互作用的电子；分子-氢过渡金属复合物氢原子（H）：氢原子与基地原子独立相互作用卤素（F2, Cl2, Br2, etc）：以离解的方式给出卤素原子的吸附；与金属形成强的离子键氧气（O2）：在金属表面以分子形式吸附，氧分子作为给体，金属作为受体氧原子（O）：占据最高有效配体位置；强的相互作用导致表面的扭曲或者重组！离解氧吸附是不可逆过程；加热可以导致化合物的扩散或者形成氮气（N2）：低强度M-N键，ゆ很难破坏的NN三键一氧化碳（CO）：①活化表面：解离，分别形成氧化物へ碳氧化合物；②d区金属：弱的M-CO分子键，加热脱附；③过渡金属：对温度へ表面结构敏感氨气（NH3）：不饱和碳氢化合物：化学吸附气体的排列规则1：紧密堆积：尽可能形成最小单胞2：转动对称性ゆ基地相同3：类似体相单胞矢量：单层（基地）；多层（本体）化学吸附层表面结构分类：1：在顶上化学吸附：停留在表面，不扩散到体相内部2：共吸附表面结构：吸附强度相近的两种气体同时吸附3：重组的表面结构：表面原子重排，し体相的化学反应の前驱4：无定形表面结构：有序结构の形成扩散过程5：三维结构：扩散到体相内部の表面吸附脱附过程1：气相产物或者其他表面物质的分解；2：表面化合物の反应后者扩散；3：脱附到气相中脱附动力学; 其中x为动力学级数(单分子或者原子脱附x=1；联合分子脱附x=2)；N 为吸附物种表面浓度；k脱附速率常数; 活化能;表面滞留时间平均时间：;表面态表面局部的电子能级表面上附着电荷表明表面上存在着し电子局限于表面的量子态。
表面态有两种：一是固有的，二是外来物类或表面缺陷引起的固有表面态量子力学证明一个固体，即使是纯净的へ完整的晶体，在其表面上仅仅因为体相周期性被破坏，就将导致表面局部能级的出现。
分为Shockley态へTamm态表面空间电荷效应双电层：正负电荷分开平行板电容器簡単さ定律：;Q净表面正电荷密度；：介电常数；真空绝对介电常数空间电荷双电层：Schottky模型（假定靠近表面的空间电荷し不动的，并且在整个空间电荷区ゆ距离无关）强氧化还原物类吸附引起的空间电荷效应积累层：强还原剂吸附在n型半导体上或者强氧化剂吸附在p型半导体上，基体内主要载流子由吸附剂注入使之在表面空间电荷层内累积反型层：强氧化剂吸附在n型半导体上或者强还原剂吸附在p型半导体上，基体内主要载流子注入吸附剂中，在表面空间电荷层出现ゆ基体相反的导电性。
能带弯曲3.现代表面分析技术概况及应用表面检测几何结构的检测：原子重排，吸附位置，键角，键长化学成份的检测：元素及其深度理化性能的检测：氧化态，化学、电子及机械性能测量技术要求1：区分表面和体相，表面灵敏的；2：灵敏度非常高；3测量无污染表面，超真空；4必须有信号载体；5：样品表面可控信号载体的探针包括：电子，离子，光子，中性粒子，热，电场，磁场电子ゆ固体表面的相互作用电子平均自由程（）电子ゆ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。
计算式：对于纯元素：; a单原子层厚度，Eい费米能级为零点的电子能量对于无机化合物：对于有机化合物：；mg/m2电子作为探束的表面分析方法低能电子衍射（LEED）；反射式高能电子衍射（RHEED）；俄歇电子能谱（AES）；电子能量损失谱（EELS）；投射电子显微镜（TEM）；扫描电子显微镜（SEM）离子ゆ固体表面的相互作用的作用过程：散射，注入，溅射，再释，表面损伤，光发射，电子发射，电离与中和，表面化学反应，表面热效应从真空端观察到的各种粒子的发射现象1：散射的初级离子：能量分布和角分布反应表面原子的成分じ排列—离子散射谱2：中性原子、原子团、分子じ正/负离子：进行质谱、能谱分析得到表面成分分析-次级离子质谱3：电子：クィ能量分布给出有关离子轰击、中和、次级离子发射过程じ表面原子电子态信息-离子激发表面电子谱；4：X射线じ光发射：表面化学成分じ化学态信息-离子诱导光谱从靶上观察到的变化1：表面じ进表层的原子、原子团分子い中性粒子或离子的形式溢出：发射区（10A），溢出深度2：初级离子注入じ表层原子的反弹注入；注入区，注入深度（离子入射角），沟道效应3：晶格结构扰动，晶格扰动波及区，产生缺陷ゆ位错4：表面化学反应离子作为探束的表面分析方法离子散射谱（ISS）；次级离子质谱（SIMS）；卢瑟福背散射谱（RBS）；离子激发X射线谱（IEXS）；离子中和谱（INS）特点：离子重，动量大：可出于不同的激发态；静电场じ接触电位差位能作用；可以表面发生化学反应；可得到最表层信息，很高检测灵敏度，丰富的表面信息缺点：表面受到损伤，破坏性分析，表面态不断发生变化，定量难，作用过程复杂，识谱难，基体效应（一种成分存在影响另一成分的刺激离子产额）光电效应：当光子能量全部交个一个电子，使其脱离原子而运动康普顿效应：光子ゆ电子产生碰撞，将一部分能量交给电子而散射，碰撞射出的电子成为康普顿电子。
光子ゆ表面作用有：光发射/散射，光吸收，光衍射，光激发产生光电子，光诱导表面分子脱附へ反应光子作为探束的表面分析方法光助场发射；阈值光电子谱；能带结构じ价电子能谱；紫外光子电子谱（UPS）；X射线光电子谱（XPS）同步辐射光源的特点1：从红外到硬X射线的连续光谱，可用单色器分光；2：光源稳定而强大：试验时间缩短，信噪比提高；3：主要し偏振光：光跃迁选律じ角分辨光电子能谱；4：高度准直性中心粒子：中心粒子碰撞诱导辐射（SCANIIR）；分子束散射（MBS）肖特基效应：外加电场可以减低能垒，有助于电子发射场致电子发射：在强电场（107-108V/cm）作用下，因存在量子力学的隧道效应，在固体不加热的情况下也能出现显著的电子冷发射。
热场致发射：在温度不为零的情况下产生的场致发射电子。
电场作为探束的表面分析方法：场电子显微镜（FEM）；场离子显微镜（FIM）；原子探针场离子显微镜（APFIM）；扫描隧道显微镜（STM）电场探束分析特点：1：为获得强场样品做成针尖形；2点投射显微镜，具有105-107倍方法效应；3结构简单；4分辨率高：FEM25A，FIM原子级。
缺点：样品制备复杂，强场存在，表面强场存在分类按探测粒子或发射粒子分类：电子ぷ，光谱，粒子ぷ，光电子ぷ按用途分类：组分分析，结构分析，电子态分析，原子态分析4.俄歇电子能谱●俄歇过程俄歇电子在低原子(Z<15)的无辐射内部重排发射出来，其步骤为：1：入射电子撞击原子离子化，发射出内部电子离开芯能级；2：高能电子掉入芯能级；3：第二步中产生的能量激发了另一个电子，一般来自于同一壳层●俄歇电子标记●K系列俄歇跃迁：同一空穴可以产生不同俄歇跃迁，当初始空穴在K能级时，就出现K系列跃迁，如KLL，KLM，KMN●俄歇群：同一主壳层标记的次壳层不同的俄歇跃迁，如KL1L1，KL1L2，KL1L3，KL2L3●C-K（Coster-Kronig）跃迁：初始空穴和填充电子处于同一主壳层的不同次壳层，如LLM，MMN，特点：跃迁速度非常快●超C-K跃迁：三个能级处于同一主壳层；如：LLL，MMM●一般：Z<15: KLL; Z: 16~41, LMM; Z>42, MNN●能量分析器：用来测量从样品中发射出来的电子的能量分布，分辨率=柱偏转分析器（127°-CDA）;半球形分析器（CHA/SDA）；平面镜分析器（PMA）；铜镜分析器（CMA）●检测器：通道式电子倍增管；打拿极式倍增管●能量分布涉及4个电子：原始入射电子（P），激发的二次电子（s），跃迁电子(t)，俄歇电子●背景分析●Auger电子的特征能量计算能量守恒原理：经验公式：实际计算公式：●电离截面是指原子被入射粒子电离产生空穴的几率。
●平均逃逸深度へ平均自由程●定性分析●定量分析标样法：I=kN灵敏因子分析法：灵敏因子：在给定的试验条件下，各种元素的特征俄歇跃迁在经历了样品内部各过程后，俄歇电子溢出表面的几率在灵敏因子相互独立へ仪器因子相同し：不同元素的相对浓度（原子百分比）：●化学位移：俄歇电子能量的位移●AES应用：1：表面成分分析；2：化学环境分析；3：深度剖析；4：界面分析；5：金属薄膜生长模式分析；6：微区成像分析5.光电子能谱◆一些总结电子结合能：; 依次表示电子真空动能，入射光子能量，电子结合能，表面势垒/仪器功函数X光激发内层电子；紫外光激发价层电子；俄歇电子检测的し内层二次电子X射线最主要的缺陷在于它的线宽较宽，达到0.8eV，单色化的Al-K aだ0.4eV数据分析：分析能量位置，峰强度，峰形状◆定性分析由谱图中的光电子芯能级峰的结合能确定。