Spektroskopia Fotoelektronów Katarzyna Górz

Plan Prezentacji Spektroskopia fotoelektronów – wprowadzenie Ogólny zarys PES Źródła promieniowania X Próbka Analizator Detektor/powielacz Schemat spektrometru PES Widma Zalety XPS

Spektroskopia fotoelektronów - wprowadzenie Efekt fotoelektryczny Natężenie promieniowania wpływa tylko na ilość wybijanych elektronów.

Spektroskopia fotoelektronów - wprowadzenie Proces fotojonizacji w PES: Gdzie: EB - energia wiązania elektronu w atomie/cząsteczce Fsp – praca wyjścia materiału Wykres zależności natężenia strumienia elektronów od ich Ekin (EB) – widmo fotoelektronowe.

Spektroskopia fotoelektronów - wprowadzenie Podstawowym równaniem opisującym efekt fotoelektryczny jest równanie Einsteina: Gdzie: EK – energia kinetyczna wybitego elektronu EB – energia wiązania elektronów na n-tej powłoce Jeżeli znana jest energia padającego na próbkę promieniowania oraz energia kinetyczna wybijanych elektronów, to w prosty sposób można obliczyć energię wiązania elektronów w atomach próbki.

Spektroskopia fotoelektronów - wprowadzenie Definicja energii wiązania

Ogólny zarys PES Idea eksperymentu fotoelektrycznego jest nadzwyczaj prosta, oświetlamy badany materiał promieniowaniem o znanej energii, następnie wyznaczamy energię kinetyczną fotoelektronu i przy znajomości pracy wyjścia obliczamy jego energię wiązania.

Podział PES PES (ogólne metody fotoemisyjne) dzielimy w zależności od źródła wzbudzeń na : XPS (wzbudzanie promieniowaniem rentgenowskim) UPS (wzbudzanie promieniowaniem ultrafioletowym). W ostatnich dekadach rozwinięto wiele pochodnych techniki PES: takich jak fotoemisja z kątową zdolnością rozdzielczą (ARPES), analizą spinu (SPPES, SPARPES), fotoemisja rezonansowa (RPES).

Źródła promieniowania X Promieniowanie rentgenowskie uzyskuje się w praktyce poprzez wyhamowywanie rozpędzonych elektronów na materiale o dużej liczbie atomowej, efektem czego jest powstanie promieniowania o charakterystyce ciągłej, na którym widoczne są również piki pochodzące od promieniowania charakterystycznego anody.

Źródła promieniowania X Promieniowanie X powstaje także w wyniku: wychwytu elektronu, w synchrotronach. Rys. Synchrotron

Źródła promieniowania X Typowe lampy rentgenowskie emitują promieniowanie o słabych parametrach. Szerokość linii jest rzędu 0.8 eV, ponadto w widmie są obecne inne linie takie jak Kα3 (Al 1496.4 eV, Mg 1262 eV) o natężeniu 6.4% oraz 8.0% odpowiednio natężenia linii pierwotnej. Stosując monochromator można zmniejszyć szerokość linii nawet do 0.3 eV, jednakże drastycznie spada natężenie fotonów wzbudzających.

Próbka Metoda PES używana jest głównie do badań ciał stałych, choć stosuje się ją niekiedy dla cieczy lub gazów. Metodę stosować można zarówno na poli- jak i mono-kryształach.

Analizator W użyciu są głównie hemisferyczne analizatory elektrostatyczne, które zapewniają dość dobrą zdolność rozdzielczą rzędu kilkudziesięciu milielektronowoltów i lepszą.

Analizator

Detektor/powielacz e W użyciu są następujące powielacze: dynodowy channeltron channelplate

Schemat spektrometru XPS Działo jonowe – pozwala na „ścieranie” kolejnych powłok próbki i analizę głębiej położonych warstw. Działo niskoenergetycznych elektronów – pozwala skompensować wytwarzający się w trakcie pomiaru dodatki ładunek próbki.

Aparatura XPS

Aparatura XPS Główne części spektrometru: lampa rentgenowska, komora analityczna, komora przygotowawcza, wnętrze komory przygotowawczej z diamentowym pilnikiem do czyszczenia powierzchni, pompa turbomolekularna, pompa rotacyjna, monochromator promieniowania X, elektrostatyczny analizator hemisferyczny z systemem soczewek.

Widmo fotoemisyjne

Widma fotoelektronów Wykres zależności natężenia strumienia elektronów od ich Ekin (EB) – widmo fotoelektronowe.

XPS (ESCA) Wykorzystuje miękkie promieniowanie rentgenowskie o E>100eV, pozwalając na wybicie elektronów z orbitali rdzenia Metoda zasadniczo nieinwazyjna Detekcja wszystkich pierwiastków za wyjątkiem H i He oraz możliwość ich ilościowego oznaczenia Informacja z warstwy o grubości ok. 1-8 nm

XPS (ESCA) Czułość pozwalająca na wykrycie pierwiastków o stężeniu od 0,01% Możliwość uzyskania tzw. Profili głębokościowych – zależność stężenia określonych atomów w funkcji odległości od powierzchni Możliwość sporządzenia przestrzennych map rozmieszczenia atomów w próbce z rozdzielczością 10-15 mm

Bibliografia http://www.chemia.uj.edu.pl/~jamroz/wyklad/W1-3_XPS.pdf http://www.if.uj.edu.pl/ZFCS/magnetyk/aparat/esca.htm http://www.if.uj.edu.pl/pl/ZINM/wyklady/AB/xpsfizmed.pdf http://pl.wikipedia.org/wiki/Promieniowanie_rentgenowskie

Dziękuje za uwagę