基本介紹
- 中文名：出現電勢譜
- 外文名：appearence potential spectroscopy
- 簡稱： APS
- 類屬：表面分析用芯能級譜
- 定義：能量逐漸增長的電子轟擊固體表面
- 學科：電子工程
概述,理論,分析結構,使用設備,
概述
表面分析用芯能級譜的一個大類。簡稱 APS。它用能量逐漸增長（50→1500電子伏）的電子轟擊固體表面。並測定次級粒子的產額。當入射電子的能量E0超過某一閾值（相當於某一出現電勢）時，就有可能激發固體原子，使某一芯能級EB上的電子躍遷到費密能級E0以上空帶中的某一位置，而在該能級上留下空穴，如圖1所示；然後在退激發（電子重新落入空汽疊厚穴）時將產生俄歇電子或相當於芯能級束縛能(EB-E0)的標識X射線，如圖2所示。因此測定次級粒子流強度I與入射電子能量E0之間的關係就可以得到一種相當於測定芯能級束縛能的譜，可用作元素分析以判明固體表面的成分。由於不同元素的各個芯能級束縛能相差很大，所以APS的譜線清晰易船隻葛記讀，不會發生混淆；加以不需要能量分析器，儀器結構比較簡單，所以是一種很有用的表面分析方法。
圖1
圖1理論
上述方法還可以按所測粒子的種類分為“軟X射線出現電勢譜(SXAPS)”和"俄歇電子出現電勢譜(AEAPS)"兩種。前者靈敏度較低，一般需要毫安級的入射電子流，因而用於測定較深的芯能級（束縛能>500eV）時，可能會在樣品表面造成損傷。後者靈敏度較高，只需要10mA左右的入射電子流，損傷可以忽略，但缺點是較低能量(<300eV)的電子出射時會由於固體原子的衍射而產生附加信息，干擾正常譜的讀出。所以合理的辦法是在較低能量時用SXAPS而在較高能量時用AEAPS。
2
2從理論上說來，入射粒子也可以採用適當（相當於軟X 射線波段）的光子，這樣可完全避免對樣射遙紙品表面的損傷。但鑒於單色性良好的X射線源(例如同步輻射)目前尚不普遍，有人就使用能量漸變的電子轟擊金屬靶所產生的贗單色X 射線源作為入射粒子，而測定俄歇電子的產額。這就是所謂“X 射線光電子出現電勢譜(XPAPS)”。但實驗結果表明這種方法的靈敏度很低，不適於一般的表面分析。然而，巴照承如用某一元素的標識X 射線來照射另一個表面含有這一元素的樣品，則後者所對應的芯能級上的電子會產生共振躍遷，而在退激發時再產生俄歇電子。具體的作法是把同一固體材料分為兩塊：一塊作為受電子轟擊的X 射線管陽極（靶），另一塊作為被測樣品。
分析結構
漸改變陽極電壓至某一閾值（出現戲墊電勢）而測定樣品的出射電子產額，可得到“共振光電子出現電勢譜(RPAPS) ”。由於共振躍遷具有選擇性濾波功能，因此RPAPS的靈敏度和解析度都優於一般的出現電勢譜，只是樣品的製備要略為複雜一些。
已經發現，出現電勢譜對各元素的相對靈敏度與俄歇電子譜(AES)不同，它對碳、氧、硫並不特別靈敏，卻能對3d和4f過渡金屬給出最佳靈敏度，因此適於作為探測這一類元素的表面分析。在能譜研究方面，APS能給出空帶態密度的信息，而AES給出的是滿帶態密度信息，二者是互補的。從APS也能看出氧化造成的譜位移，但不如X射線光電子譜(XPS)清晰。此外，也有人用AEAPS的譜邊形狀來測定表面結構。這種方法稱為“擴展出現電勢精細結構(EAPFS)”，與擴展X 射線吸收精細結構(EXAFS)的原理相類似，由於存在問題，目前尚用得不多。
同 APS的物理過程相類似的，還有一種消隱電勢譜(DAPS)。由於入射電子能量達到閾值時有一部分激發芯能級電子失去其能量，然後在固體中消隱，因此如觀察準彈性反射的電子流就會發現驟降，這同樣可作為固體原子EB的指示。實際上這就是APS的負過程。DAPS的特點是只與激發過程有關紙祖櫃戲，而不受退激發過程的干擾；而且由於所觀察的電子是從表面進入和發出的同一電子，因此比APS或AES更為“表面靈敏”（一般為1～3個原子層的信息）。但是DAPS要使用電子能量分析器以分離出電子流中準彈性反射的部分，因此儀器結構要比APS複雜。
使用設備
在出現電勢譜實驗中，採用的實驗儀器是出現電勢譜儀，它是測量出現電勢譜的能譜儀（appearance potential spectrometer）。在分析時，將試樣作為陰極靶，改變陰極電位，當轟擊靶的電子達到一定值時，樣品上出現帶有特徵陵捉夜的X射線螢光，把陰極電位（電子束的勢能）和X射線的強度作成圖譜即得到APS。為了消去背底噪音，通常採用電勢調製技術，實際的APS譜是軟X射線強度的二階導數與外加電壓關係。目前已觀察到出現電勢的元素有鈹、鎂、硼、氮、鉛和硫等三十多種。
APS可以確定靶材料的表面組分，測定束縛能、空帶能態密度和表面原子的電子結構等。APS設備較簡單、成本低，這是與離子束表面分析法相比的優點。目前它已成為研究金屬或合金偏析、氧化、腐蝕、催化等物理化學過程的有力工具之一。
同 APS的物理過程相類似的，還有一種消隱電勢譜(DAPS)。由於入射電子能量達到閾值時有一部分激發芯能級電子失去其能量，然後在固體中消隱，因此如觀察準彈性反射的電子流就會發現驟降，這同樣可作為固體原子EB的指示。實際上這就是APS的負過程。DAPS的特點是只與激發過程有關，而不受退激發過程的干擾；而且由於所觀察的電子是從表面進入和發出的同一電子，因此比APS或AES更為“表面靈敏”（一般為1～3個原子層的信息）。但是DAPS要使用電子能量分析器以分離出電子流中準彈性反射的部分，因此儀器結構要比APS複雜。
使用設備
在出現電勢譜實驗中，採用的實驗儀器是出現電勢譜儀，它是測量出現電勢譜的能譜儀（appearance potential spectrometer）。在分析時，將試樣作為陰極靶，改變陰極電位，當轟擊靶的電子達到一定值時，樣品上出現帶有特徵的X射線螢光，把陰極電位（電子束的勢能）和X射線的強度作成圖譜即得到APS。為了消去背底噪音，通常採用電勢調製技術，實際的APS譜是軟X射線強度的二階導數與外加電壓關係。目前已觀察到出現電勢的元素有鈹、鎂、硼、氮、鉛和硫等三十多種。
APS可以確定靶材料的表面組分，測定束縛能、空帶能態密度和表面原子的電子結構等。APS設備較簡單、成本低，這是與離子束表面分析法相比的優點。目前它已成為研究金屬或合金偏析、氧化、腐蝕、催化等物理化學過程的有力工具之一。
