24

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Кафедра фізики металів

(повна назва кафедри, циклової комісії)

Реферат

з дисципліни Сучасні експериментальні методики фізичного матеріалознавства, НДРС

(назва дисципліни)

на тему: Метод рентгенівської фотоелектронної спектроскопії

Студентів 5курсуФМ-51м, ФМ-51сгруп

напряму підготовки__________________

спеціальності Фізичне матеріалознавство

Павлюк Д.В.

Павлюк Я.О.

Большакова Я.В

Досенко Т.С.

Керівник д-р фіз.-мат.наук Філатов О.В

(посада, вчене звання, науковий ступінь, прізвище та ініціали)

Національна оцінка ________________

Кількість балів: __________Оцінка: ECTS _____

Прийняв ________________ _________________________________________________

(підпис) (вчене звання, науковий ступінь, прізвище та ініціали)

Київ - 2015 рік

Зміст

Вступ…………………………………………………………………………………...3

1. Теоретичні основи методу РФЕС…………….…………………………...............5

   1. Взаємодія речовини з випромінюванням……………………………………..6

   2. Енергія фотоелектронів ………………………………………………………..9

   3. Глибина аналізу ……………………………………………………………….10

2. Експериментальні установки ……………………………………………………11

   1. Загальні принципи побудови спектрометрів………………………………...11

   2. Надвисоковакуумний сканувальний зондовий мікроскоп

JSPM-4610……………………………………………………………...............14

3. Обробка експериментальних даних……………………………………...............17

   1. Основні закономірності в рентгеноелектронних спектрах…………………17

      1. Елементний склад……………………………………………………………..17

      2. Хімічний зсув………………………………………………………………….17

      3. Структура молекул……………………………………………………………19

      4. Ступінь окиснення…………………………………………………………….19

      5. Адитивність зсувів…………………………………………………………….20

      6. Функціональні групи………………………………………………………….21

   2. Обробка експериментальних даних. Основні завдання по дослідженню отриманого спектра……………………………………………………………21

Висновки…………………………………………………………………………..23

Перелік літературних посилань………………………………………………….24

Вступ

Метод рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФЕС) був запропонований радянським фізиком Каєм Зігбаном в середині 60-х років минулого століття, роботи якого згодом (1981р.) були відзначені Нобелівською премією. Спочатку метод був застосований для дослідження електронної структури атомів і молекул в газовій фазі, проте надалі найбільш інтенсивний розвиток і поширення набули методики дослідження твердого тіла. Метод заснований на аналізі спектру електронів випускаються атомами під дією моноенергетичного рентгенівського випромінювання (зовнішній фотоефект у рентгенівській області).

Метод рентгенівської фотоелектронної спектроскопії заснований на явищі фотоефекту, основні принципи якого були пояснені ще А.Ейнштейном. У якості джерела випромінювання використовуються різні види рентгенівських трубок. Таким чином, ініціюючим випромінюванням в цьому методі є рентгенівські промені, які будучи спрямованими на зразок взаємодіють з атомами зразка. У результаті цієї взаємодії з поверхні в загальному випадку вилітають чотири види частинок (електрони, фотони, іони і нейтральні атоми і молекули). У методі рентгенівської фотоелектронної спектроскопії реєструються фотоелектрони і оже-електрони. Електронний спектр реєструється у вигляді залежності інтенсивності електронного потоку I від кінетичної енергії реєстрованих електронів E_кін, т.е у вигляді I (E_кін). Перерахунок кінетичних енергій реєстрованих електронів в енергії зв'язку електронів в атомі в принципі проводиться за допомогою рівняння Ейнштейна. Однак застосування цього рівняння на практиці утруднено через низку супутніх випромінюванню процесів, особливо в ізоляторах.

Сучасні прилади мають комп’ютеризовані системи реєстрації та обробки експериментальних даних, в яких вдається успішно подолати ряд проблем, що заважають точній ідентифікації енергій зв'язків електронів. Тому сучасна рентгеноелектронна спектроскопія є потужним методом дослідження електронної будови речовини. Цим методом досліджується як будова валентних смуг, так і остовні рівні атомів. У сучасних приладах точність визначення енергії зв'язку досягає близько 0.1 еВ. [1]

При описі електронної будови речовини можна виділити внутрішні (остовні) й зовнішні (валентні) електрони системи. Внутрішні електрони сильно пов’язані з ядром, тому потрібна значна енергія для видалення їх з атому. Зазвичай, ця енергія (її називають енергією зв’язку або енергією іонізації внутрішніх електронів атому) має досить значну величину. Енергія зв’язку зовнішніх (валентних) електронів системи значно менша. В табл. 1 для прикладу наведено енергії зв’язку електронів для ряду атомів елементів.

Таблиця 1 – Енергія зв’язку електронів в атомах, еВ.

Структура валентних рівнів, яка характерна для окремої молекули, спостерігається й для комплексних сполук, а також для окремих груп атомів - кластерів. В твердих тілах, кристалах енергетичні рівні валентних електронів перетворюються в смуги дозволених енергій - зони. Зонний стан електрона в кристалах має ознаки, схожі зі станом в окремому атомі. Зони дозволених енергій тим вужчі, чим більш глибоко лежать вихідні атомні рівні.

У даній роботі представлені основи методу РФЕС, обладнання для проведення експерименту РФЕС із зразком в твердофазному стані. Дано опис роботи рентгенівського фотоелектронного спектрометра.[2]