高能原电子能量与金属的有效真二次电子发射系数的关系
《光电检测期末复习题》
第一次作业1、光电检测技术有何特点？光电检测系统的基本组成是怎样的？答：光电检测技术是将光学技术与现代技术相结合，以实现对各种量的测量，它具有如下特点：（1）高精度，光电测量是各种测量技术中精度最高的一种。
（2）高速度，光电检测以光为媒介，而光是各种物质中传播速度最快的，因此用光学方法获取和传递信息的速度是最快的。
（3）远距离、大量程，光是最便于远距离传递信息的介质，尤其适用于遥控和遥测。
（4）非接触式测量，不影响到被测物体的原始状态进行测量。
光电检测系统通过接收被测物体的光辐射，经光电检测器件将接收到的光辐射转换为电信号，再通过放大、滤波等电信号调理电路提取有用信息，经数模转换后输入计算机处理，最后显示，输出所需要的检测物理量等参数。
2、什么是能带、允带、禁带、满带、价带和导带？绝缘体、半导体、导体的能带情况有何不同？答:晶体中电子所能具有的能量范围，在物理学中往往形象化地用一条条水平横线表示电子的各个能力值，能量愈大,线的位置愈高,一定能量范围内的许多能级（彼此相隔很近）形成一条带,称为能带。
其中允许被电子占据的能带称为允带。
允带之间的范围是不允许电子占据的，称为禁带。
在晶体中电子的能量状态遵守能量最低原理和泡利不相容原理，晶体最外层电子壳层分裂所形成的能带称为价带。
价带可能被电子填满也可能不被填满，其中被填满的能带称为满带。
半导体的价带收到光电注入或热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后即成为导电的能带--导带。
对绝缘体和半导体，它的电子大多数都处于价带，不能自由移动，但是热，光等外界因素的作用下，可以少量价带中的电子越过禁带，跃迁到导带上去成为载流子。
绝缘体和半导体的区别主要是禁的宽度不同。
半导体的禁带很窄，绝缘体的禁带宽一些，电子的跃迁困难的多，因此，绝缘体的载流子的浓度很小。
导电性能很弱。
实际绝缘体里，导带里电子不是没有，并且总有一些电子会从价带跃迁到导带，但数量极少，所以，在一般情况下，可以忽略在外场作用下他们移动所形成的电流。
第8章 扫描电子显微分析(11材料)
俄歇过程和俄歇电子
(6) 透射电子(TE)
transmission electron
入射束的电子透过样品而得到的电子。 取决于样品微区的成分、厚度、晶体结 构及位向等。
BE、SE、AE、TE之间的关系：
I0IbIsIaIt
式中：I 0 －入射电子强度
透射电子
用产额（系数）的形式：
Ib Is Ia It 1 I0 I0 I0 I0
入射电子与原子核外电子发生相互作用， 使原子失掉电子成为离子，脱离的电子 称为SE。
距样品表面5－50 nm深度范围激发出来 的低能电子（<50eV）
对样品表面状态非常敏感，能有效显示 样品表面的微观形貌（形貌衬度图像）。
二次电子
SE产额（SE发射系数）是二次电子强度与 入射电子强度的比值： SE产额＝IS
发射深度为500－5000 nm。 其波长固定，进行成分分析和晶体结构研
究。 分辨率低，100－1000 nm。
特征X 射线
高能电子入射到试样时，试样中元素的原子内壳层 (如K、L 壳层)电子将被激发到较高能量的外壳层，如L 或 M 层，或直接将内壳层电子激发到原子外，使该原子系统 的能量升高——激发态。这种高能量态是不稳定的，原子 较外层电子将迅速跃迁到有空位的内壳层，以填补空位降 低原子系统的总能量，并以特征X 射线或Auger 电子的方 式释放出多余的能量。由于入射电子的能量及分析的元素 不同，会产生不同线系的特征X 射线，如K 线系、L线系、 M 线系。如果原子的K 层电子被激发，L层电子向K层跃 迁，所产生的特征X 射线称Kα，M 层电子向K 层跃迁产 生的X 射线称Kβ
磨损表面形貌
断口形貌
断口形貌
纳米结构材料形态
加速器原理-同步加速器
fc
v
2r
qeB
2m
qec2 B
2 (W 0 )
frf
hfc
14320
hqB
W 0
(MHz, MeV, T)
当W↑，需B 变或 f 变或 h 变
实际上轨道不一定保持圆形，可有直线节r0 公式仍对，但周长 L 2r0 Nl
此时 fc
v L
c L
c L
W (W 2 0 ) W 0
要保持L不变，W↑需 frf 变hfc
调频范围
ffinal vf / L f finject vi / L i
调磁范围（对高能W >>ε0）
Bf Wf Bi Wi
质子比电子难（ f / i 大），电子高能 后可不调频；
提高 i 有利，可减小调频范围
5. 超导磁铁
现代大型对撞机 （LHC等）均使 用超导磁铁。场 强可达8.5T，为 此液氦温度要降 到1.9K。为使场 的均匀度达到 10-4，线圈的几 何精度要达到 20m。
(二)、真空系统 1. 基本要求
1) 真空度足够高（对撞机要求10-7－10-8
Pa），束流寿命大于10h
2) 启动快，局部暴露大气后能很快恢复 3) 真空盒内表面尽可能光滑过渡，减小尾场 4) 真空盒内壁导电好，减小壁阻抗 5) 对同步光进行有效屏蔽，减小部件损伤 6) 有效冷却同步光和尾场产生的热负载
300qr0
脉冲工作：数秒一次到每秒几十次
有一定初始能量的电子 (一般大于10~15MeV)从 注入器注入到真空室。 主导磁场随时间周期地 变化着，当电子注入时， 主导磁场值比较低，随 着电子不断加速，主导 磁场的值同步增加。
材料研究与测试方法复习题答案版
复习题一、名词解释=0而使衍射线有规律消失的现象称为系统消光。
1、系统消光: 把由于FHKL2、X射线衍射方向: 是两种相干波的光程差是波长整数倍的方向。
3、Moseley定律：对于一定线性系的某条谱线而言其波长与原子序数平方近似成反比关系。
4、相对强度：同一衍射图中各个衍射线的绝对强度的比值。
5、积分强度：扣除背影强度后衍射峰下的累积强度。
6、明场像暗场像：用物镜光栏挡去衍射束，让透射束成像，有衍射的为暗像，无衍射的为明像，这样形成的为明场像；用物镜光栏挡去透射束和及其余衍射束，让一束强衍射束成像，则无衍射的为暗像，有衍射的为明像，这样形成的为暗场像。
7、透射电镜点分辨率、线分辨率：点分辨率表示电镜所能分辨的两个点之间的最小距离；线分辨率表示电镜所能分辨的两条线之间的最小距离。
8、厚度衬度:由于试样各部分的密度(或原子序数)和厚度不同形成的透射强度的差异；9、衍射衬度：由于晶体薄膜内各部分满足衍射条件的程度不同形成的衍射强度的差异；10相位衬度：入射电子收到试样原子散射，得到透射波和散射波，两者振幅接近，强度差很小，两者之间引入相位差，使得透射波和合成波振幅产生较大差异，从而产生衬度。
11像差：从物面上一点散射出的电子束，不一定全部聚焦在一点，或者物面上的各点并不按比例成像于同一平面，结果图像模糊不清，或者原物的几何形状不完全相似，这种现象称为像差球差：由于电磁透镜磁场的近轴区和远轴区对电子束的汇聚能力不同造成的像散：由于透镜磁场不是理想的旋转对称磁场而引起的像差色差：由于成像电子的波长（或能量）不同而引起的一种像差12、透镜景深：在不影响透镜成像分辨本领的前提下，物平面可沿透镜轴移动的距离13、透镜焦深：在不影响透镜成像分辨本领的前提下，像平面可沿透镜轴移动的距离14、电子衍射：电子衍射是指当一定能量的电子束落到晶体上时，被晶体中原子散射，各散射电子波之间产生互相干涉现象。
它满足劳厄方程或布拉格方程，并满足电子衍射的基本公式Lλ=Rd L是相机长度，λ为入射电子束波长，R是透射斑点与衍射斑点间的距离。
材料特性表征(课件总结)
1. 组织形貌分析仪器发展的三个阶段：光学显微镜、电子显微镜、扫描探针显微镜光学显微镜：2. 光学显微镜数值孔径公式各字母所代表的含义：NA= nsinα数值孔径（NA ）是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率（n ）和半孔径角（α）的正弦之乘积3.∆r 。
定义为透镜能分辨的最小距离，及提高分辨率的方法：使用低波长光源，增大介质n 4. 光学透镜的像差包括：球面像差、色像差、像域弯曲5. 焦深：焦点深度的简称，即在使用显微镜时，当焦点对准某一物体时，不仅位于该点平面上的各点都可以看清楚，而且在此平面的上下一定厚度内，也能看得清楚，这个清楚部分的厚度就是焦深。
6. 工作距离：也叫物距，即指物镜前透镜的表面到被检物体之间的距离。
镜检时，被检物体应处在物镜的一倍至二倍焦距之间。
电子光学基础：7. 电子显微分析的特点：(1)可以在极高放大倍率下直接观察试样的形貌、结构，选择分析区域。
分辨率高：0.2~0.3nm; 放大倍数高：20~30 万倍 (2) 是一种微区分析方法，具有高度分辨率，成像分辨率达到0.2~0.3mm,可直接分辨原子，能进行nm 尺度的晶体结构及化学组成分析。
(3) 各种电子显微镜分析仪器日益向多功能、综合性方向发展，可以进行形貌、物相、晶体结构和化学组成等的综合分析8.电子波波长与电子运动速度的关系： 9. 电磁透镜的聚焦原理: 它能造成一种轴对称不均匀分布的磁场。
穿过线圈的电子在磁场的作用下将作圆锥螺旋近轴运动。
而一束平行于主轴的入射电子通过电磁透镜时将被聚焦在主轴的某一点。
10. 电磁透镜的像差分成两类：第一是因为透镜磁场几何上的缺陷造成的，叫做几何像差，包括球面像差、像散和像畸变。
第二是由于电子波长或者能量非单一性而引起的，与多色光相似，叫做色差。
11. 电磁透镜的场深或景深：在保持象清晰的前提下，试样在物平面上下沿镜轴可移动的距离，或者说试样超越物平面所允许的厚度。
12. 察屏或照相底版沿镜轴所允许的移动距离。
原子物理
原子物理一、原子结构1.汤姆逊的枣糕模型1903年物理学家汤姆生. Thomson,1856-1940)提出了一个原子结构模型,人们把它叫做"葡萄干蛋糕"模型.汤姆生模型认为,正电荷均匀分布在整个原子球体中(球直径的数量级是10的-10次方米),带负电的电子散布在原子中,这些电子分布在对称的位置上.当这些电子静止在平衡位置上时,电子就会振动而使原子发光.2.卢瑟福的核式结构模型模型（1）背景——α粒子散射实验1909年，卢瑟福和他的同事以α粒子轰击重金属箔，即α粒子的散射实验，发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数发生偏转，并且有极少数偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转几乎达到180°。
（2）内容——核式结构模型模型在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外的空间里绕核旋转，根据α粒子散射的实验数据可估计出原子核的大小应在10-14nm以下。
3.波尔模型（1）背景——核式结构模型模型和经典理论及实验事实矛盾电子与核运动会产生与轨道旋转频率相同的电磁辐射，运动不停，辐射不止，原子能量单调减少，轨道半径缩短，旋转频率加快。
由此可得两点结论：①电子最终将落入核内，这表明原子是一个不稳定的系统；②电子落入核内辐射频率连续变化的电磁波。
原子是一个不稳定的系统显然与事实不符，实验所得原子光谱又为波长不连续分布的离散光谱。
如此尖锐的矛盾，揭示着原子的运动不服从经典理论所表述的规律。
（2）内容——波尔理论三假设①原子只能处于一条列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽做加速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态。
②原子从一种定态（设能量为E 2）跃迁到另一种定态（设能量为E 1）时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这种定态的能量差决定，即γh =E 2-E 1③氢原子中电子轨道量子优化条件：氢原子中，电子运动轨道的圆半径r 和运动初速率v 需满足下述关系：π2hn rmv =，n=1、2……其中m 为电子质量，h 为普朗克常量，这一条件表明，电子绕核的轨道半径是不连续的，或者说轨道是量子化的，每一可取的轨道对应一个能级。
原子发射光谱分析 (2)
火焰 电弧 火花
直流电弧 交流电弧
电感耦合等离子体，ICP 激光光源
（1）、直流电弧：接触引燃，二次电子发射放电
L
E 220~380V V
5~30A
G
R
A
直流电作为激发能源，电压150 ～380V，电流5～ 30A；
两支石墨电极，试样放置在一支电极(下电极)的凹槽内；
阴极释放的电子不断撞击阳极，产生高温阳极斑（4000 K）；
等离子体是一种电离度大于0.1%的电离气体，由电子、 离子、原子和分子所组成，其中电子数目和离子数目基本相等， 整体呈现中性。
通常产生等离子体的气体为氩气。 最常用的等离子体光源是直流等离子焰（DCP）、电感耦 合高频等离子炬（ICP）、容耦微波等离子炬（CMP）和微波诱 导等离子体（MIP）等。
电感耦合等离子体
ms 光谱的多重性(M)：
M=2S+1
内量子数(J)：光谱支项 J = L+S、•••、 L-S J = S+L、•••、 S-L
(LS )
(S >L)
（二）.原子的能级与能级图
1．光谱项：原子发射光谱是由原子或离子的核外电子在高低级间跃迁 而产生的，原子或离子的能级通常用光谱项符号来表示：
n2S+1LJ or n M LJ
第八章 原子发射光谱分析法
•原子光谱法（Atomic spectroscopy methods）是基于激 发（热能、电能或光能）下的气态原子的外层电子的能级 间跃迁过程中吸收或发射的特征谱线而建立的光学分析法。 •研究与光谱线有关的特征物理量：波长和强度 波长—定性 强度—定量 •原子光谱类型 原子发射光谱：发射（吸收热能、激发以后回到基态时） 原子荧光光谱：发射（吸收光辐射、激发以后回到基态时） 原子吸收光谱：吸收（吸收光辐射、基态到激发态时） •分析对象：元素分析（Elemental analysis）
第一章气体放电的基本物理过程..
二.电子崩的形成：
带电粒子在电子崩中的分布：
电子崩中电子数目增长过程分析：
a
—电子碰撞电离系数
定义：一个电子沿着电场方向行经1cm 长度，平均发生的碰撞电离次数 设每次碰撞电离只能产生一个电子和一 个正离子，则 a 就是一个电子在单位长 度行程内新电离出的电子数或正离子数。
设：初始电子数为1
到达
bc段：I随着U的提高而增大，表明此时电场E足够大，使电 子积累足够的动能造成碰撞电离的发生，出现电子崩，E越 大，电子碰撞电离越激烈，产生的带电粒子越多； cS段：随着外加电场的增大，碰撞电离愈激烈，带电粒子数 目呈指数增长，电流增大更快；
过程产生的二次电子足够多， S点后：当电压增大到U0时， 能接替外界电离因子产生的初始电子的作用，即转为自持放 电阶段，气隙击穿，表现为电流急剧增大，并伴有发光、发 声等现象，气隙转入良好的导电状态。
常见放电形 气体放电的主要形式 式 辉光放电 电晕放电 火花放电 电弧放电
注意：电晕放电时气隙未击穿，而辉光放电、火花放 电、电弧放电均指击穿后的放电现象，且随条件不同， 这些放电现象可相互转换。
§2.1 气体中带电粒子的产生与消失
一. 带电粒子的产生(电离过程）
根据引起电离所需的能量来源不同，对应如下几 种电离形式 1.碰撞电离：气体介质中粒子相撞，撞击粒子传给被 撞粒子能量，使其电离
2.光电离：在光照射下，将光子能量传给粒子，游 离出自由电子 ------由光电离而产生的自由电子称为光电子 必要条件：光子的能量大于气体粒子的电离能
h ≥ Wi hc ≤ Wi
光辐射能够引起 光电离的临界波长
可见光（400～750nm）不能 使气体直接发生光电离