第一章材料测试技术基础知识(三)4、电磁辐射与材料的相互作用4.1光电子能谱p31~334.2俄歇电子能谱p33~355、X射线的产生及其与物质的相互作用p36~406、电子散射p25~26,p42~43
1 第一章 材料测试技术基础知识(三) 4、电磁辐射与材料的相互作用 4.1 光电子能谱p31~33 4.2 俄歇电子能谱p33~35 5、X射线的产生及其与物质的相互作用p36~40 6、电子散射p25~26, p42~43
各类特征谱基础丨原子光谱1分子光谱光电子能谱14.1俄歇电子能谱14.21核磁共振（选学）
2 各类特征谱基础 l 原子光谱 l 分子光谱 l 4.1 光电子能谱 l 4.2 俄歇电子能谱 l 核磁共振（选学）
4.1、光电子能谱4.1.1.光电子发射过程及其能量关系光电子发射过程由光电子的产生（入射光子与物质相互作用，光致电离产生光电子)、输运（光电子自产生之处输运至物质表面）和逸出（克服表面势垒致发射至物质外物质外环境为真空)3步组成。发射过程的能量关系称光电子发射方程，即h=E,+.+E,+Ah一一入射光子能量；E,一电子结合能或电离能，即使物质产生光电离所需能量E，E；A-光电子输运过程中因非弹性碰撞而损失的能量：逸出功(功函数)，固体样品中光电子逸出表面所需能量，，=E,-E口（E,为真空能级，E,费米能级）；Ek—光电子动能。3
3 4.1、光电子能谱 l 4.1.1.光电子发射过程及其能量关系 l 光电子发射过程由光电子的产生(入射光子与物质相互 作用，光致电离产生光电子)、输运(光电子自产生之处 输运至物质表面)和逸出(克服表面势垒致发射至物质外， 物质外环境为真空)3步组成。 l 发射过程的能量关系称光电子发射方程，即 h =Eb + s +Ek +A h ——入射光子能量； Eb——电子结合能或电离能，即使物质产生光电离所需能量Ef -Ei ； A——光电子输运过程中因非弹性碰撞而损失的能量； s——逸出功(功函数)，固体样品中光电子逸出表面所需能量， s =Ev -Ef （Ev为真空能级， Ef费米能级）； Ek——光电子动能
Erhu0-huERE.E.1图2-6固体的光电子发射能量关系
4 图2-6 固体的光电子发射能量关系
对于自由原子发射光电子，A=0，=0，则光电子发射方程为h=E,+E」对于自由分子发射光电子，光子能量除用于分子电离外，还使分子离子振动能级、转动能级跃迁室激发态，敌光电子发射方程(A=0，由口、=0)为h =E,+E,+E,+EE.分子振动能；E分子转动能。E,分别为原子和分子电离能
5 l 对于自由原子发射光电子，A=0， s =0，则光 电子发射方程为 h =Eb +Ek l 对于自由分子发射光电子，光子能量除用于分 子电离外，还使分子离子振动能级、转动能级 跃迁至激发态，故光电子发射方程(A=0，由 s =0)为 h =Eb +Ek +Ev +Er Ev——分子振动能； Er——分子转动能． Eb分别为原子和分子电离能
1对于辐射光子能量使固体样品原子内层电子激发为光电子，h=E,+,+E,+A电子结合能E,是指电子由原来所处能级(E)跃迁至费米能级(E)所需的能量，即E,=Ef-Ey实际测试时，样品与谱仪相连(置于谱仪样品架上），两者具有良好电接触，则费米能级相等
6 l 对于辐射光子能量使固体样品原子内层电 子激发为光电子， h =Eb+ s +Ek+A ÿ 电子结合能Eb是指电子由原来所处能级(Ei ) 跃迁至费米能级(EF )所需的能量，即 Eb =EF -Ei ÿ 实际测试时，样品与谱仪相连(置于谱仪样 品架上)，两者具有良好电接触，则费米能 级相等
E'以药真空能级真空能级西=小田E=寻帮RhuE=价带E芯层能级芯层能级皱谱仪谱仪样品样品(b)(a)图2-7固体样品与谱仪的能量关系(a)导体(样品)；(b)非导体(样品）
7 图2-7 固体样品与谱仪的能量关系 (a)导体(样品)；(b)非导体(样品)
由于谱仪(样品架材料)功函数与样品功函数一?不同，将使由谱仪测量的光电子动能E,与Y样品发射的光电子动能E,不同，有E,+=E□+kKsaspI设A=0，有h=E,+E+sp1或E,=h-Ek-sp若已知谱仪功函数口（当样品与谱仪接触良好时为一定值，约为4eV)和入射光电子能量hv，并由谱仪测得光电子动能量E口，即可求得样品中该电子结合能E
8 l 由于谱仪(样品架材料)功函数 sp与样品功函数 sa不同，将使由谱仪测量的光电子动能E k与 样品发射的光电子动能Ek不同，有 Ek + sa =E k + sp l 设A＝0，有 h =Eb +E k + sp l 或 Eb =h -E k - sp l 若已知谱仪功函数 sp(当样品与谱仪接触良好时， sp为一定值，约为4eV)和入射光电子能量hv， 并由谱仪测得光电子动能量E k，即可求得样品 中该电子结合能Eb
4.1.2.光电子能谱图即光电子产额(光电子强度)对光电子动能或电子结合能的分布（图），光电子产额通常由检测器计数或计数率(单位时间的平均计数)表示。Ag3D(K.1.2)3D3Ds23Ps/23DK伴峰ARMNN俄歌蜂4S4Fs060010004008001.200200ElevAg的光电子能谱图（MgK口激发）
9 4.1.2.光电子能谱图 l 即光电子产额(光电子强度)对光电子动能或电子结合 能的分布(图)，光电子产额通常由检测器计数或计数 率(单位时间的平均计数)表示。 Ag的光电子能谱图（MgK 激发）
光电子能谱谱线(谱峰)以被激出电子原来所在能级命名，3S、3P/2、3P/等为Ag之M层电子激出形成的光电子谱线（峰）。1光电子能谱图中表征样品电子结合能的一系列光电子谱峰称为主峰或特征峰。能谱图中还存在非光电子峰，称之为伴峰。伴峰有俄歇电子峰、多重态分裂峰等，在谱图分析时，应加以辨认。1O
10 l 光电子能谱谱线(谱峰)以被激出电子原来 所在能级命名，3S、3P1/2、3P3/2等为Ag之M 层电子激出形成的光电子谱线(峰)。 l 光电子能谱图中表征样品电子结合能的一 系列光电子谱峰称为主峰或特征峰。能谱 图中还存在非光电子峰，称之为伴峰。伴 峰有俄歇电子峰、多重态分裂峰等，在谱 图分析时，应加以辨认