1 / 17

Metode şi tehnici de studiu a suprafeţelor

Metode şi tehnici de studiu a suprafeţelor. curs opţional C6. Istoric. 1887 – Descoperirea efectului fotoelectric: Heinrich Hertz 1895 – Descoperirea razelor X: Wilhelm Conrad Roentgen 1901 – I se decerneaza (primul) Premiu Nobel:

emilia
Download Presentation

Metode şi tehnici de studiu a suprafeţelor

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Metode şi tehnici de studiu a suprafeţelor curs opţional C6

  2. Istoric 1887 – Descoperirea efectului fotoelectric: Heinrich Hertz 1895 – Descoperirea razelor X: Wilhelm Conrad Roentgen 1901 – I se decerneaza (primul) Premiu Nobel: ca o recunoastere a contributiei remarcabile a radiatiilor denumite ulterior raze X. 1905. E. Einstein – Explicatia efectului fotoelectric, premiul Nobel, 1921. Karl Manne Georg Siegbahn, (1886 – 1978), Univ. din Upsala,Suedia. premiul Nobel, 1921 pentru rezultatele sale din domeniul spectroscopiei radiatiilor X. Kai M. Siegbahn (fiul!), 1981 – premiul Nobel : pentru descoperirile sale in domeniul spectroscopiei de electroni, de inalta rezolutie. Anii 1950: progrese in domeniul instrumentatiei - rezolutia analizoarelor de energie a fotoelectronilor, - design-ul surselor de raze X 1960: aparitia instrumentelor

  3. Informatii obtinute folosind tehnica XPS Cea mai larg utilizata tehnica experimentala in Stiinta Suprafetelorpentru a extrage informatii despre: • Compozitia chimica relativa a constituentilor din regiunea de suprafata • Starea chimica a elementelor • Dispersia unor faze in altele • Profilul de grosime al compozitiei chimice - in cazul probelor plane - in alte cazuri • Structura de nivele a benzii de valenta Curba “universala” a dependentei inelde energia (in cazul nostru, foto-)elec-tronilor

  4. Spectroscopii de electroni UPS AES XPS Raze X sau e- Fotoni UV Raze X Vac V EL2,3 EL1 EK Vac 3s 2p6 2s2 1s2  Ekin=h-EL1- Ekin=EK-EL1-EL23- Ekin=h-EV-

  5. Spectroscopii de fotoelectroni: XPS si UPS 1. In spectroscopia XPS se excita goluri in paturile inferioare ale atomului, folosind raxe X, pentru a determina energia de legatura a electronilor din paturile inferioare. Dupa ce un electron dintr-o patura inferioara a atomului absoarbe (integral!) energia unui foton X, el paraseste atomul si devine foto- electron: Ek = hn – Eb – Er -  - δE ≈ hn – Eb –  , 2. Similar stau lucrurile in cazul UPS, unde, insa, se folosesc fotoni UV. Electronii colectati provin aici din banda de valenta. Mg Kα-1253,6 eV Fwhm= 0.75 eV Al Ka = 1486.6 eV Fwhm= 0.95 eV Cu Ka = 8047 eV Fwhm= 2.6 eV

  6. Mg K 330 eV 910 eV 920 eV 690 eV 720 eV 581 eV Transformarea (KE) in EB (BE = h  KE) 343 eV 333 eV 920 eV 534 eV 561 eV 54, 88 eV (4s, 4p) 673 eV 0-8 (4-12) eV (4d, 5s) KE→ BE

  7. Spectrul XPS Ecin = hν- EB Intensity N(E) 0 eV Energie de legatura, EB (eV) EF Nivele adanci Banda de valenta Banda de conductie http://www.nottingham.ac.uk/~ppzpjm/sect6_1.htm

  8. Despicarea spin-orbita

  9. BE-Z

  10. Li-metal 1s2 1s2 1s2 2s density Li-metal Li2O EF Li: 1s2 2s1 O: 1s2 2s2 2p4 Li2O 0 Binding Energy 2s 2p6 2s 1 s2 1s2 1s2 2s2 Li Li O Ce este si de ce apare deplasarea chimica? Transferul de sarcina de la un atom la altul determina deplasarea valorilor energiilor de legatura ale atomului. Electronul de pe paturile inferioare “simte” mai mult nucleul decat electronii de valenta (din cauza dimensiunilor celor doua tipuri de orbital). Ca urmare, potentialul electrostatic creat de electronii dintr-o patura de valenta, pe care il “simte” un electron dintr-o patura adanca este q/rv. Prin eliminarea unui electron de valenta, valorile BE sunt deplasate spre valori mai mari ale BE.

  11. 2.1 eV 4.3 eV Deplasarea chimica • Valorile energiei de legatura sunt afectate nu numai de structura de nivele energetice specifice unui element. • Aceste valori depind (intr-o masura mai mica) si informatii de natura chimica, deoarece chiar aceste nivele adanci sunt afectate de starea chimica a atomului. Deplasarile chimice sunt uzual cuprinse intre 1 si 3 eV.

  12. Instrumentatie

  13. Analiza cantitativa XPS: compozitia elementala relativa Ii=Fxi(EK)ni i(Ek) K cos θ unde Ii – intensitatea picului p, corespunzatoare elementului i ni – concentratia medie a elementului i in regiunea de suprafata I – sectiunea eficace de ionizarere (factorul Scofield) a elementului i (valori calculate si tabelate pentru toate elementele si pt Al Ka si Mg Ka) I – drumul liber mediu pentru ciocnirea inelastica a unui fotoelectron din elementul I K – toti celalti factori care determina randamentul de detectare a fotoelectronilor θ – unghiul de “decolare” a fotoelectronilor Rezultate cu o precizie in limita a  10%

  14. Extragerea fondului (background subtraction) step background linear background Shirley background [D.A. Shirley, Phys. Rev. B5, 4709, 1972]

  15. Rezultatul calculului procentajului atomic – aria picurilor Atomic Percent =

  16. Concluzii • Caracteristici principale ale XPS • Identificare chimica: toate elementele, cu exceptia H si He • Sensibilitate superficiala: 1 – 6 nm • Limita de detectie: 0.1% • Determinarea environmentului molecular sui al starii de oxidare • Determinarea profilului de concentratie in adancime (non-distructiv/distructiv) • Informatii despre proprietatile electrice de suprafata din studiile de incarcare a suprafetei • Rezolutia laterala: zeci de micrometri • Rezolutie energetica: 10 meV

  17. Bibliografie 1. D. Briggs, M. P. Seah, Practical surface analysis, vol I Willey and Sons, 1990. 2. J. M. Walls, R. Smith, Surface Science Techniques, Pergamon, 1994. 3. H. Lüth, Surfaces and interfaces of solid materials, Springer, 1993. 4. J. W. Niemantsverdriet, Spectroscopy in Catalysis – An Introduction, Wiley-VCH, 1995. 5. http://www.chem.qmul.ac.uk/surfaces/scc/scat5_3.htm 6. C.D. Wagner, W.M. Riggs, L.E. Davis, J.F. Moulter, G.E. Muilenberg, “Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy”, Perkin-Elmer Corporation (1978). 7. C.D. Wagner, “Practical Surface Analysis”, Vol. 1, 2ª, J.Wiley and Sons (1990). 8. W.N. Delgass, G.L. Haller, R. Kellerman, J.H. Lunsford, “Spectroscopy in heterogeneous catalysis”, Cap. 8: “X-ray Photoelectron Spectroscopy”, Academic Press (1979). 9. H.D. Hagstrum, J.E. Rowe, J.C. Tracy, “Electron spectroscopy of solid surfaces”, in “Experimental methods in catalytic research”, Vol. 3, R.B Anderson y P.T. Dawson (Ed.), Academic Press (1976). 10. C.D. Wagner, L.E. Davis, M.V. Zeller, J.A. Taylor, R.M. Raymond, L.H. Gale, Surf. Interf. Anal. 3 (1981) 21. (Factori de sensibilitate atomica) 11. Moulder, John F., William F. Stickle, Peter E. Sobol, and Kenneth D. Bomben, Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy, ed. Jill Chastain and Roger C. King Jr. 1995: Physical Electronics, Inc., USA. 11 12. http://seallabs.com/howes1.html 13. http://srdata.nist.gov/xps/elm_in_comp_res.asp?elm1=C

More Related