1、XRF-STM材料研究方法南京理工大學材料學院朱和國 課程內容一X射線熒光光譜掃描隧道電鏡二一、X射線熒光光譜（X-ray Fluorescence Spectroscopy, XRFS）工作原理：光致發(fā)光。二次特征X射線波譜與能譜類似于電子探針中的波譜與能譜。應用：定量分析與定性分析一、X射線熒光光譜（X-ray Fluorescence Spectroscopy, XRFS）分析技術探測粒子檢測粒子信息深度/nm檢測質量極限/%檢測濃度極限/10-6橫向分辨率/m不能檢測元素檢測信息損傷程度譜線橫坐標XPS光子電子1310，He成分、價態(tài)弱結合能AES電子電子0.

2、52.510-181010010-2103 H，He成分、價態(tài)、結構弱動能XRF光子光子金屬:0.1mm樹脂：3mm10-21H，He，Li成分無波譜（波長）；能譜（能量）AES、XPS、XRF三者之間的特性比較二 、掃描隧道電鏡（Scanning Tunnelling Microscopy, STM）1. STM的基本原理 圖9-25 隧道效應示意圖圖9-26 STM結構原理圖隧道電流：注意：1）隧道電流與絕緣體厚度呈指數(shù)關系，對厚度十分敏感，故其精度高。2）待測試樣為導體、針尖為金絲、鉑絲、鎢絲等，針尖長度不超0.3nm,理想為1個原子。二 、掃描隧道電鏡（Scanning Tunnell

3、ing Microscopy, STM）2. STM的工作模式（a）恒流式（b）恒高式圖9-27STM的工作模式二 、掃描隧道電鏡（Scanning Tunnelling Microscopy, STM）1）橫流模式 讓針尖安置在控制針尖移動的壓電管上，由反饋電路自動調節(jié)壓電管中的電壓，使針尖在掃描過程中隨著樣品表面的高低上下移動，并保持針尖與試樣表面原子間的距離不變，即保持隧道電流的大小不變（恒流），通過記錄壓電管上的電壓信號即可獲得樣品表面的原子結構信息。該模式測量精度高，能較好地反映樣品表面的真實形貌，但比較費時。2）恒高式 即針尖在掃描過程中保持高度不變，這樣針尖與樣品表面原子間的距離

4、在改變，因而隧道電流隨之發(fā)生變化，通過記錄隧道電流的信號即可獲得樣品表面的原子結構信息。恒高工作模式掃描效率高，但要求試樣表面相對平滑，因為隧道效應只是在絕緣體厚度極薄的條件下才能發(fā)生，當絕緣體厚度過大時，不會發(fā)生隧道效應，也無隧道電流，因此當樣品表面起伏大于1nm時，就不能采用該模式工作了。二 、掃描隧道電鏡（Scanning Tunnelling Microscopy, STM）3. STM的特點STM與前述的表面分析儀相比具有以下優(yōu)點：1）在平行和垂直于樣品表面方向上的分辯率分別達到0.1nm和0.01nm，而原子間距為0.1nm量級，故可觀察原子形貌，分辨出單個原子，克服了SEM、TE

5、M的分辨率受衍射效應的限制，因而STM具有原子級的高分辨率。2）可實時觀察表面原子的三維結構像，用于表面結構研究，如表面原子擴散運動的動態(tài)觀察等。3）可觀察表面單個原子層的局部結構，如表面缺陷、表面吸附、表面重構等。4）工作環(huán)境要求不高，可在真空、大氣或常溫下工作。5）一般無需特別制備樣品，且對樣品無損傷。STM雖具有以上優(yōu)點，但也存在以下不足：1）恒流工作時，對樣品表面微粒間的某些溝槽不能準確探測，分辨率也不高。2）樣品須是導體或半導體。對不良導體雖然可以在其表面涂敷導電層，但涂層的粒度及其均勻性會直接影響圖像對真實表面的分辨率，故對不良導體的表面成像宜采用其他手段，如原子力顯微鏡等進行觀察

6、。二 、掃描隧道電鏡（Scanning Tunnelling Microscopy, STM）4. STM的應用舉例圖9-28 Mo(110)面生長Ni膜過程中的STM圖(a)-清潔表面 (b)-1.5ML (c)-3.9ML (d)-11.6ML例1Mo（110）表面Ni膜的生長研究 二 、掃描隧道電鏡（Scanning Tunnelling Microscopy, STM）例2氧化膜的形成研究圖9-29NiAl(16 14 1)面氧化膜形成約20時的STM照片A-總貌（200200nm2）B-膜核(4545 nm2) C-膜簇（4545 nm2）二 、掃描隧道電鏡（Scanning Tunnelling Microscopy, STM）如圖9-30即為MoS2單原子層生長過程的STM照片及其對應的模型圖，從該圖可以清晰地看到MoS2單層納米晶體膜的生長過程，即Mo原子和S原子均通過擴散運動以三角形的堆積方式逐漸長大成膜。 二 、掃描隧道電鏡（Scanning Tunnelling Microscopy, STM）例3表面形貌觀察 (a)二維 (b)三維圖9-31鉑銥合金絲表面的STM 掃描圖二 、掃描