1、各種表面分析方法深度： ISS第一層表面原子；SIMS1nm；AES、UPS10nm；IMP （離子探針）100nm；XPS200nm。以分析入手：晶體與非晶： 結(jié)構(gòu)分析XRD、TEM、EXAFS晶粒尺寸分析XRD、TEM、HRTEM、SEM、STM、AFM晶體結(jié)構(gòu)獲得XRD、TEM、EBSD、EXAFS晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)一XRD、TEM（不推薦：電子波長短，存在倒易桿，即不嚴(yán)格滿足布拉格方程）晶粒長大形貌與形態(tài)觀察XRD、SEM、TEM、STM、AFM、金相顯微鏡相組成與含量判斷結(jié)構(gòu)與成分分析XRD、SEM+EPMA細(xì)小顆粒（亞微觀）SAXS、SEM、AFM、TEM、第二相析出判斷結(jié)構(gòu)分析XRD、

2、TEM、SEM、EPMA、金相顯微鏡相形貌分析SEM、TEM、STM、AFM新相與母相取向關(guān)系EBSD、HRTEM元素化學(xué)態(tài)分析XPS、AES、SIMS微區(qū)成分分析SIMS、AES、EXAFS、EPMA深度剖析XPS、SIMS、AES、ISS、IMMA表面成分分析SIMS、XPS、AES、RBS、EPMA、IMMA樣品表面形貌SEM、TEM、STM、AFM生成某種化合物XPS、AES、EPMA、NMR （核磁共振）、SIMS形成多層膜或混合膜AES、XPS、RBS、高分辨SEM、EPMA、AFM、STM納米多層膜界面處Al、Ti的混合檢驗(yàn)TEM、AES、XPS、RBS、SEM、EPMA、SAX

3、S混合膜為可能為非晶態(tài)或晶態(tài)，或晶粒分布在非晶基體中一RD、TEM、SAXS、SEMA、EPMA混合膜是晶態(tài)，可能是納米尺度或較大晶粒 RD、TEM、SAXS、SEMA、EPMA可能為Al、Ti的機(jī)械混合物或形成Ti3Al、TiAl、TiAl3XRD、XPS、AES、吸附氧氣 or 氧化XPS、AES、SIMS、STM、LEED、AP、氧化表面 or 全部XPS、AES、TEM、SIMS、AP、定量分析DSC、紫外一可見、IR、拉曼光譜定性分析DSC、DTA、紫外一可見、拉曼DSC/DTA一熔點(diǎn)、純度、結(jié)晶度、固化度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熱氧化穩(wěn)定性玻璃化轉(zhuǎn)變溫度DSC/DTA、NMR、TDA、動(dòng)

4、態(tài)力學(xué)熱分析結(jié)構(gòu)紫外一可見、IR、拉曼 脫水DSC/DTA、TG 組成TG相變DSC晶型轉(zhuǎn)變DSC熱氧化穩(wěn)定性TG、DTA、DSC熱穩(wěn)定性TGSAXSX射線小角散射X射線角散射（small-angle x-ray scattering，簡稱：SAXS）是在靠近原光束附近很小角度內(nèi)電子對(duì)X射線的 漫散射現(xiàn)象，也就是在倒易點(diǎn)陣原點(diǎn)附近處電子對(duì)X射線相干散射現(xiàn)象.SAXS方法仍是研究高分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ). 理論證明，小角散射花樣、強(qiáng)度分布與散射體的原子組成以及是否結(jié)晶無關(guān)，僅與散射體的形狀、大小分布及與周 圍介質(zhì)電子云密度差有關(guān).可見，小角散射的實(shí)質(zhì)是由于體系內(nèi)電子云密度起伏所引起.SAXS是研究納米尺

5、度微結(jié)構(gòu)的重要手段。只要體系內(nèi)存在電子密度不均勻（微結(jié)構(gòu)，或散射體），就會(huì)在入射 X光束附近的小角度范圍內(nèi)產(chǎn)生相干散射，通過對(duì)小角X射線散射圖或散射曲線的計(jì)算和分析即可推導(dǎo)出微結(jié)構(gòu)的 形狀、大小、分布及含量等信息：測定亞微觀粒子的大小與分布；區(qū)別非完整晶體的點(diǎn)陣畸變與電子密度不均勻效應(yīng)；研究反應(yīng)粒子的體積和表面積；研究顆粒、纖維、微生物的截面形狀與分布；測定分子平均距離；研究固溶體的時(shí)效；精確測定液體的密度；測定高分子的分子量。這些微結(jié)構(gòu)可以是孔洞、粒子、缺陷、材料中的晶粒、非晶粒子結(jié)構(gòu)等，適用樣品可以是氣體、液體、固體。同時(shí)，由于X射線具有穿透性，SAXS信號(hào)是樣品表面和內(nèi)部眾多散射體的統(tǒng)計(jì)

6、結(jié)果。相對(duì)于其它納米尺度分 析表征手段，如SEM、TEM、AFM而言，SAXS具有結(jié)果有統(tǒng)計(jì)性、測試快速、無損分析、制樣簡單、適用范圍 廣等優(yōu)點(diǎn)。XRDX射線衍射分析散射：電子在X射線電場作用下產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，每個(gè)受迫振動(dòng)電子又成為新電磁波發(fā)生源向各方向輻射。晶體是由原子規(guī)則排列成的晶胞所組成，而這些規(guī)則排列態(tài)原子間距離與入射X射線波長具有相同數(shù)量級(jí)，由 于不同原子散射X射線的相互干涉疊加，可在某些特殊方向上產(chǎn)生強(qiáng)的X射線衍射。根據(jù)X射線衍射的方向和強(qiáng) 度與晶體結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在X射線一定的情況下，根據(jù)衍射花樣可分析晶體性質(zhì)。應(yīng)用：定性定量分析相、相組成，精密測定點(diǎn)陣參數(shù)（常用于相圖的固態(tài)溶

7、解度曲線的測定），結(jié)晶度測定，晶體 粒度大小，微觀應(yīng)力測定，宏觀應(yīng)力測定（殘余應(yīng)力測量），薄膜掠射分析，取向分析，晶體結(jié)構(gòu)不完整性（位錯(cuò)等 缺陷、原子靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地偏離平衡位置，短程有序，原子偏聚等），合金相變，結(jié)構(gòu)分析（確定點(diǎn)陣類型、點(diǎn)陣參 數(shù)、對(duì)稱性、原子位置等晶體學(xué)數(shù)據(jù)），液態(tài)金屬和非晶態(tài)金屬（研究非晶態(tài)金屬和液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)，如測定近程序 參量、配位數(shù)等），特殊狀態(tài)下的分析（在高溫、低溫和瞬時(shí)的動(dòng)態(tài)分析）。EXAFS擴(kuò)展X射線吸收譜精細(xì)結(jié)構(gòu)是X射線吸收限高能側(cè)30eV至約1000eV范圍內(nèi)吸收系數(shù)隨入射X光子能量增加而起伏振蕩的現(xiàn)象，近年來 它被廣泛應(yīng)用于測定多原子氣體和凝聚態(tài)物質(zhì)吸收原子周

8、圍的局域結(jié)構(gòu)，成為結(jié)構(gòu)分析的一種新技術(shù)。由于XAFS對(duì)應(yīng)著原子的近鄰結(jié)構(gòu)，它不要求被研究的物質(zhì)具有晶格周期性，因而它除了用于研究晶態(tài)物質(zhì)的原子 近鄰結(jié)構(gòu)外，對(duì)非長程有序的物質(zhì)，例如：非晶、氣態(tài)、溶態(tài)及熔態(tài)物質(zhì)的原子近鄰結(jié)構(gòu)研究同樣有效，較之常規(guī) X射線衍射的應(yīng)用范圍要廣闊得多。電子能譜分析電子能譜分析是一種研究物質(zhì)表層元素組成與離子狀態(tài)的表面分析技術(shù)。其基本原理是利用單色射線照射樣 品，使樣品中原子或者分子的電子受激發(fā)射，然后測量這些電子的能量分布。通過與已知元素的原子或者離子的不 同殼層的電子的能量相比較，就可以確定未知樣品中原子或者離子的組成和狀態(tài)。電子能譜目前主要應(yīng)用于催化、金屬腐蝕、粘

9、合、電極過程和半導(dǎo)體材料與器件等一些極有應(yīng)用價(jià)值的領(lǐng)域，探索 固體表面的組成、形貌、結(jié)構(gòu)、化學(xué)狀態(tài)、電子結(jié)構(gòu)和表面鍵合等信息。根據(jù)激發(fā)源的不同，電子能譜又分為：X射線光電子能譜（簡稱XPS）分辨率低紫外光電子能譜（簡稱UPS） 分辨率高俄歇電子能譜（簡稱AES）采樣深度較淺因而比XPS深度分析分辨率高電子能譜之XPSXPS是用X射線光子激發(fā)原子的內(nèi)層電子（主要）和價(jià)電子（次要）發(fā)生電離，產(chǎn)生光電子，這些內(nèi)層能級(jí)的 結(jié)合能對(duì)特定的元素具有特定的值，因此通過測定電子的結(jié)合能和譜峰強(qiáng)度，可鑒定除H和He （因?yàn)樗鼈儧]有內(nèi) 層能級(jí)）之外的全部元素以及元素的定量分析。定性分析、定量分析、表征結(jié)合能、表征

10、化學(xué)位移（價(jià)態(tài)分析）、表征價(jià)帶結(jié)構(gòu)、深度剖析、指紋峰分析、小 面積分析以及XPS圖像分析。電子能譜之UPSups譜通過測量價(jià)電子的能量分布，得到各種信息。最初主要用來測量氣態(tài)分子的電離，研究分子軌道的鍵合 性質(zhì)以及定性鑒定化合物種類。對(duì)于清潔表面，UPS譜反映了價(jià)電子帶的電子結(jié)構(gòu)（狀態(tài)密度），包含了材料表面狀態(tài)和主體表層狀態(tài)的信息。如果表面吸附了物質(zhì)（物理or化學(xué)吸附），則適合于研究吸附分子的定位信息，在催化機(jī)理及聚合物價(jià)帶結(jié)構(gòu) 的研究方面有重要應(yīng)用。測量氣體的電離電位相應(yīng)于分子軌道的能量；研究化學(xué)鍵（譜圖中譜帶形狀可得到有關(guān)分子軌道成鍵性質(zhì)的信 息）；研究清潔表面電子結(jié)構(gòu)；研究固體表面及表面

11、吸附；電子能譜之AES俄歇電子能量僅與原子本身的軌道能級(jí)有關(guān)，與入射電子的能量無關(guān)，即與激發(fā)源無關(guān)。定量分析較好。從樣品表面出射的俄歇電子的強(qiáng)度與樣品中該原子的濃度有線性關(guān)系（由此可進(jìn)行半定量分析，但不能獲得絕 對(duì)量），還與俄歇電子的逃逸深度、樣品的表面光潔度、元素存在的化學(xué)狀態(tài)以及儀器的狀態(tài)有關(guān)。可用于表面元素的種類、化學(xué)價(jià)態(tài)分析，俄歇微區(qū)分析、面分析、深度分析（用Ar離子把表面一定厚度的表 層濺射掉，再用AES分析剝離后的表面元素含量即可獲得元素在樣品中沿深度方向的分布），定量分析精度低（晶 界偏析、表面偏析）。SIMS二次離子質(zhì)譜（表面損傷，定量困難，靈敏度高）離子濺射過程：一定能量的離

12、子打到固體表面引起表面原子、分子或原子團(tuán)的二次發(fā)射一濺射離子；濺射 的粒子一般以中性為主，有1%的帶有正、負(fù)電荷一一二次離子；二次離子質(zhì)譜：利用質(zhì)量分析器接收分析二次離子質(zhì)量一一電荷比值（m/Z）獲得二次離子質(zhì)量譜，判斷試樣 表面的元素組成和化學(xué)狀態(tài)；濺射產(chǎn)額：影響二次離子產(chǎn)額因素與入射離子能量、入射角度、入射原子序數(shù)和樣品原子序數(shù)、靶材料的原 子序數(shù)及晶格取向等均有一定關(guān)系；深度分辨率：實(shí)測的深度剖面分布與樣品中真實(shí)濃度分布的關(guān)系一入射離子與靶的相互作用、二次離子的平均 逸出深度、入射離子的原子混合效應(yīng)、入射離子的類型，入射角，晶格效應(yīng)都對(duì)深度分辨有一定影響?？稍诔哒婵諚l件下得到表層信息，

13、進(jìn)行微區(qū)成像及分析、面分析、深度剖面分析、三維分析、軟電離分析， 對(duì)很多元素和成分有ppm甚至ppb量級(jí)的高靈敏度；可檢測包括H在內(nèi)的全部元素、正負(fù)離子、同位素、化合物 （并給出原子團(tuán)、分子性離子、碎片離子等多方面信息）。適于不揮發(fā)的熱不穩(wěn)定的有機(jī)大分子、化合物。ISS氐能離子散射用一定能量和種類（原子種類和帶電量）的低能離子束撞擊表面，分析經(jīng)過與表面作用后反射回來的原離子束， 分析其能量的變化，這種能量的變化包含了表面的一部分信息。應(yīng)用：1清潔表面結(jié)構(gòu)分析2表面組態(tài)分析3材料純度分析4用于監(jiān)視對(duì)半導(dǎo)體材料的元素?cái)U(kuò)散、注入或催化表面的污染5用離子束分析薄膜的污染和組成，薄膜結(jié)構(gòu)以及薄膜界面的研

14、究，特別是用于薄膜太陽電池的研究6用于研究催化劑或其他表面7研究表面的結(jié)構(gòu)、吸附與電性能（如電子發(fā)射）之間的關(guān)系與二次離子質(zhì)譜的異同：相同點(diǎn)：都使用一定種類和能量的離子束入射到表面；均適用于絕緣體；同位素分辨。不同點(diǎn)：入射離子能量范圍：20ev10kev（ISS），kev級(jí)（SIMS）研究對(duì)象：經(jīng)過與表面作用后反射回來的原離子束，并且分析其能量（ISS）被入射離子束電離了的、從表面層發(fā)射出來的新離子，并分析其質(zhì)量（SIMS） 化學(xué)環(huán)境影響：SIMS沒有影響；ISS會(huì)發(fā)出特征譜線。IMMA離子探針微小質(zhì)量分析法入射一一離子（Ar，O, Cs）；檢測信號(hào)一一二次離子；具有產(chǎn)生細(xì)小離子束及其掃描結(jié)構(gòu)

15、的SIMS。表面元素分析，元素的二次元分析，微小部深度方向元素分析（結(jié)合離子槍）。RBS盧瑟福背散射當(dāng)一束具有一定能量的離子（高速輕元素離子：H、He）入射到靶物質(zhì)時(shí)，大部分離子沿入射方向穿透進(jìn)去， 并與靶原子電子碰撞逐漸損失其能量；只有離子束中極小部分離子（背散射離子）與靶原子核發(fā)生大角度庫侖散射 而離開原來的入射方向。入射離子與靶原子核發(fā)生大角度庫侖散射而離開原來的入射方向（重復(fù)刪掉）。入射離子與 靶原子核之間的大角度庫侖散射稱為盧瑟福背散射（記為RBS）。用探測器對(duì)這些背散射粒子進(jìn)行測量，能獲得有 關(guān)靶原子的質(zhì)量、含量和深度分布等信息。表面附近元素分析；深度方向元素分析。TEM 0.1n

16、m觀察樣品的微觀組織與形態(tài)，對(duì)所有觀察的區(qū)域進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)鑒定。由電子槍發(fā)射出來的電子書，經(jīng)過聚光鏡照射到樣品上，當(dāng)晶體中晶面滿足一定條件時(shí)，散射波的干涉會(huì)加強(qiáng)， 一部分電子數(shù)透射出去，一部分產(chǎn)生衍射，再經(jīng)過物鏡、中間鏡和投影鏡組成的成像系統(tǒng)，在記錄系統(tǒng)中出現(xiàn)物像 或衍射斑點(diǎn)。當(dāng)中間鏡物平面與物鏡像平面重合時(shí)，在觀察屏上得到的是反映樣品組織形態(tài)的形貌圖像；若中間鏡物平面與 物鏡背焦面重合，則得到衍射斑點(diǎn)。對(duì)微小區(qū)域的晶粒度、晶體缺陷、析出物、微觀組織（界面組織結(jié)構(gòu)）及晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。HRTEM高分辨是所有參加成像的衍射束與透射束之間因相位差而形成的干涉圖像，入射電子與原子發(fā)生碰撞作用，使 得電

17、子波發(fā)生相位變化，衍射波和透射波的作用產(chǎn)生的襯度與晶體投影勢有對(duì)應(yīng)關(guān)系，再通過計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對(duì)所 得的高分辨像和模擬計(jì)算進(jìn)行細(xì)致的圖像匹配。晶體缺陷的原子結(jié)構(gòu)、密度、類型，材料原子尺寸顯微結(jié)構(gòu)，表面與界面及納米尺度微區(qū)成分分析。SEM描電鏡SEM之二次電子成像510nm深二次電子指入射電子使原子核外電子脫離原子而變成自由電子，二次電子數(shù)和原子序數(shù)沒有明顯關(guān)系（不能進(jìn) 行成分分析），但對(duì)微區(qū)表面的幾何形狀十分敏感，可有效顯示樣品表面形貌（尺寸及分部信息）。顯微斷口分析，變形與斷裂動(dòng)態(tài)過程的原位觀察。SEM之EBSD背散射電子背散射電子時(shí)滯被固體中原子核反彈回來的一部分電子，其產(chǎn)額對(duì)原子序數(shù)十分敏

18、感，且隨原子序數(shù)增大而增 多，樣品上原子序數(shù)較高的區(qū)域中，由于收到的背散射電子數(shù)量大，熒光屏上顯示為亮點(diǎn)。即有原子序數(shù)襯度，可 定性作成分分析。SEM之特征X射線同上STEM掃描透射電子顯微鏡 入射數(shù)十keV，檢測衍射、透射對(duì)微小區(qū)域的晶體缺陷、析出物、界面進(jìn)行組織結(jié)構(gòu)觀察及成分分析。LEED 低能電子衍射最重要應(yīng)用：氣體吸附。利用10500eV能量的電子入射，通過彈性背散射電子波的相互干涉產(chǎn)生衍射花樣。應(yīng)用（氣體吸附和固體表面）：晶體的表面原子排列；氣相沉積表面表面膜的生長；氧化膜的形成；氣體吸附 和催化RHEED高能電子衍射數(shù)十keV將高速電子束以與樣品表面呈極小角度入射，觀測反射或者是表

19、面微小突起部分的衍射斑點(diǎn)。表面的晶體結(jié)構(gòu)（如生長臺(tái)階）、晶體生長的原位觀察。EPMA電子探針顯微分析同位微區(qū)成分分析用細(xì)聚焦電子束入射樣品表面，激發(fā)出樣品元素的特征X射線，分析特征X射線的波長（WDS波譜儀）或特 征能量（EDS能譜儀），即可定性分析得到樣品中所含元素的種類，分析X射線強(qiáng)度，即可定量分析得到元素含量。FIM場離子顯微鏡表面原子直接成像場致蒸發(fā)：凈化樣品的原始表面?？蓪?duì)樣品進(jìn)行剝層分析，顯示原子排列的三維結(jié)構(gòu)。在樣品上加以足夠的高壓，氣體原子發(fā)生極化，極化的原子在樣品原子平面的臺(tái)階處彈跳，當(dāng)彈跳中的極化原 子陷入突出原子上方某一距離的高場區(qū)域時(shí)，若氣體原子的外層電子能符合樣品中原

20、子的空能級(jí)狀態(tài)，該電子有較高幾率通過“隧道效應(yīng)”發(fā)生電離，臺(tái)階邊緣的原子附近場強(qiáng)更高。成像氣體的離子由于受到電場加速而徑向射出， 當(dāng)撞擊到觀察屏?xí)r，可激發(fā)光信號(hào)，像中每一個(gè)亮點(diǎn)對(duì)應(yīng)樣品尖端表面一個(gè)突出原子。AP原子探針（將FIM與質(zhì)譜分析相結(jié)合）鑒定樣品表面單個(gè)原子的元素類別。針尖狀樣品被加上一個(gè)高于蒸發(fā)場強(qiáng)的脈沖高壓時(shí)，表面原子可被蒸發(fā)形成離子，穿過小孔到達(dá)飛行管道終端 而被靈敏度高的離子檢測器檢測到，根據(jù)計(jì)算得到離子質(zhì)量，從而分析成分。單原子識(shí)別、選區(qū)分析（析出相、超細(xì)析出相）、隨機(jī)區(qū)域分析（凝聚及共偏析研究、第二相比例很大的微觀 結(jié)構(gòu)如調(diào)制分解系統(tǒng)）； 具體應(yīng)用有：表面（表面原子排列、表面吸附、表面擴(kuò)散）與界面研究、多層材料研 究、相變、晶體缺陷、合金中沉淀分解。STM一 描隧道顯微鏡 表面形貌觀察AFM原子力顯微鏡測量（絕緣體）表面形貌，表面原子間力。LFM:橫向力顯微鏡Phase Imaging:位相檢測MFM:磁力顯微鏡Nano Indentation:超微硬度測定XASX射線吸收分光法Current Imaging:電流測定Force Modulation :粘彈性測定EFM:電位顯微鏡Force Curve:力曲線采用連續(xù)X射線入射，對(duì)被吸收后的X射線的能量分布進(jìn)行測試?？煞治鰞r(jià)帶的電子狀態(tài)、化