新实验技术在材料研究中的应用讲座 第十一讲 Auger谱仪和扫描Auger谱仪在材料研究中的应用

七十年代初发展起来的微区分析新技术──Auger谱仪(AES)及扫描Auger 谱仪(SAM)在材料研究中的应用愈来愈受到人们的重视. 长期以来,Auger效应[1]未能找到实际应用.直至1953年才由Lander[2]提出了可在超高真空中测量Auger电子,这种电子由于能保持来自表面层的特征能量信息而可用作表面分析.1968年,Harris[3]用电子能量微分法提高了灵敏度;1969年 Palmberg 等[4]利用镜筒分析器(CMA)提高了灵敏度及测量速度后,Auger 电子能谱实际应用的阶段才真正开始.1973年出现了扫描Auger微探针(SAM),为微区分析技术开创了崭新的局面[5,6]. 目前,…     

扫描隧道电子显微镜──1986年获诺贝尔物理奖项目之一

透射电子显微镜(TEM)在观察物质的整体结构方面是很有用的,但在表面结构的分析上却较困难.这是因为透射电子显微镜是由高能电子透过样品来获得信息的,一反映的是样品物质的内部信息.扫描电子显微镜(SEM)虽然能揭示一定的表面情况,但由于入射电子总具有一定能量,会穿入样品内部,因此分析的所谓“表面”’总在一定深度上[1].而且分辨率也受到很大限制.场发射电子显微镜(FEM)和场离子显微镜(FIM )虽然能很好地用于表面研究,但是样品必须特殊制备,只能置于很细的针尖上[2]并且样品还需能承受高强电场.这样就使它的应用范围受到了限制。 扫…     

微通道板电子倍增器在真空紫外光谱技术上的应用

聚变等离子体研究需要光强很弱的真空紫外区的光谱测量,也就需要有一种新型的探测器来代替传统的感光板。应用微通道板荧光屏组件作真空紫外光谱象增强器便能基本上解决问题。它具有如下的优点:(1)一次拍摄就可以得到一张等离子体的光谱照片。而用感光板摄谱,则需要成百上千次放电拍照才能得到一张等离子体光谱积累照片;(2)能把不可见的真空紫外光谱转换成可见光谱,可以用肉眼直接进行观察,便于谱仪的定位和调节;(3)摄谱在真空室外部进行,每次取片不须破坏真空;(4)同时可显示一定波长范围的谱线,不象单通道电子倍增管和光电倍增管那样,一只管子只能测量一条谱线。因此,用微通道板象增强器可大大地节约放电能源和时间。     

“扫描电声成像系统及其相关器件和材料”项目简介

扫描电声成像系统是在电子显微镜（SEM）的基础上，增加一电子束斩波系统，使入射到试样表面的电子束强度以频率f变化。由于电子与试样原子之间的非弹性散射，在电子束焦斑附近就形成一时变的热弹源，会同时激发出热波和声波。声波作为信息的载体透过试样，而被在试样背面相耦合的压电换能器接收，该信号经锁相放大器检测后再输入电子显微镜的成像系统。当强度调制的电子束在试样表面上扫描时，由于试样表面的形貌、局域的力学、热学、电学特性等的差异，形成具有不同衬度的电子声像（SEAM）。由于SEAM是一近场成像技术，它的成像分辨率不受远场夫朗和费衍射和中场的费涅尔衍射所确定的波长限制，它的最佳分辨率可优于0.5μm。而且它可以获得原位的试样表面的SEM像和亚表面的SEAM像。此外还有试样制备简单等优点。     

Si表面离子束辅助沉积Ti纳米膜的研究

用离子束技术探讨了Si表面纳米Ti薄膜制备的可行性以及Ti薄膜组织结构与离子束工艺之间的关系。实验进行试样表面预处理、轰击离子能量、离子密度、温度、沉积时间等离子束工艺参数对单晶Si(111)表面沉积的Ti薄膜结构的影响。采用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)分析了Ti膜表面晶粒形貌，并用X射线衍射仪(XRD)和俄歇电子谱仪(AES)分析了Ti膜的结构和成分。由于残余气体的影响，Ti膜发生了不同程度的氧化，随温度升高和轰击离子强度增加氧化愈加明显。     

新实验技术在材料研究中的应用讲座第九讲 电子能量损失谱原理及应用

一、物理本质 把与样品交互作用后的透射电子按能量大小进行计数,这就是电子能量损失谱(EELS).EELS是一次过程,其中的电离损失峰是内壳层电子直接被激发或电离的过程.X射线能谱是电离后的弛豫过程,是二次过程,取决于X射线的产额.故从理论上说,EELS的测量效率应较之X射线能谱为高.但因为在实际测量中,EELS受谱仪接受角大小的限制,只能接受一部分非弹性散射的电子,所以实际测量效率相近. 二、谱仪结构及能量分辨率1.谱仪结构 一个完整的谱仪由三部分组成:(1)电子源;(2)一个含有磁棱镜的谱仪主体[1];(3)数据显示和处理系统. 图1是一个…     

在双热舟化学气相沉积系统中通过掺In技术生长GaN纳米线和纳米锥

在现有的一台蒸发镀膜机基础上，设计加工了一个双热舟化学气相沉积系统.该系统具有真空度高、升温速度快、源和衬底温度可分别控制等优点，有利于化合物半导体纳米材料的生长.利用该生长系统，通过在生长过程中掺入等电子杂质In作为表面活性剂，分别在Si衬底和3C-SiC/Si衬底上生长出高质量的具有纤锌矿结构的单晶GaN纳米线和纳米尖三棱锥.所得产物通过场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、能量色散x射线谱仪、x射线衍射仪，和荧光谱仪进行表征.这里所用的生长方法新颖，生长出的GaN纳米尖三棱锥在场发射和激光方面有潜在的应用价值. 关键词： GaN 纳米结构 透射电子显微镜 光致荧光谱     

磁共振成象数据在486微机上的处理

把BRUKER磁共振成象(MRI)数据传输到486高档微机上后,经过一系列适当的编程处理,可在微计算机上进行数据压缩和文件格式转换,借助当前的通用图象处理软件系统,可进行图象的校正、增强、编辑、合成等处理,非常有效地扩展一般NMR成象谱仪图象处理软硬件的系统功能.另外,本方法也可用于其它类似谱仪的处理,使普通NMR谱仪用户的添加成象设备后所面临的计算机软硬件系统图象处理功能不足的问题得到解决.     

在扫描电子显微镜中所观察到钨的奇异花样

当钨试样倾斜到不同位向以记录一系列电子通道花样时,在<111>方向,<001>方向和<011>方向的准确位置下,观察到一些奇异花样叠加在电子通道花样上。这些奇异花样颇类似于在透射电子显微镜中所观察到的Kossel花样。这种花样具有两个重要性质:(1)花样的强度分布是随着电子能量(电子的加速电压)而改变;(2)花样的几何形貌可以用来描述晶体内部结构的一些特征。最后,从异常散射效应和晶格位与入射电子间相互作用强度a的观点,定性地解释了这种花样的衬度效应来源。 关键词：     

发光晶体微区光电特性的扫描电子显微镜分析

扫描电子显微镜可对固体样品进行形貌观察、微区成份分析、晶体结构分析,这已为人们所熟知。然而在微区光、电、磁特性分析方面它还有巨大潜力。发掘这种潜力可以得到发光晶体微区光电特性、晶体完整性及能带结构的信息[1]。     

超高压电子显微镜及其特点

早在电子显微镜(以下简称电镜)发明以前,人们就已经知道被100 kV加速的电子束的穿透能力:对于铝,它的射程大约为30μ;对于碳要更高些;而对于较重的元素电子的射程就更低些.透射电镜出现以后,发现可成电子像的试样厚度仅是电子束射程的很小一部分;对于非晶体试样仅是其射程的百分之一,而对于单晶铝,在最佳方向上大概只有三十分之一.因此,生物试样的切片的厚度必须小于0.3μ,而金属也必须减薄到lμ以下.在当时的制样条件下,要把试样减簿到这种程度还是困难的.因此,希望能建立在更高加速电压下运转的电镜,以期观察更厚的样品.1947年,Van　Dor…     

板筒复合镜电子能量分析器的设计计算

本文所讨论的复合板筒镜电子能量分析器,和通用的筒镜分析器一样,具有二级聚焦和传输率高的优点.其主要特点是:当一次入射束垂直入射于试样表面,激发出的次生电子以喷泉状通过弯曲的轨道绕过试样,重新会聚到试样背后的对称轴上.因此,在用于电子枪位于分析器外的扫描俄歇电子显微镜中作俄歇电子能谱仪时,可以缩短电磁物镜的工作距离,减小物镜的球差系数,增加一次电子束流密度,从而提高俄歇分析的灵敏度.其次,与电子枪在内筒中的简镜分析器相比,可以简化内筒的结构,并便于电子枪的调整.     

光折变BaTiO3晶体缺陷的分析电子显微镜研究

用分析电子显微镜研究了顶部籽晶法生长的BaTiO₃晶体内的缺陷。成功地制备出薄区厚约100nm内含包裹体的电子显微镜样品。用透射电子显微镜(TEM),配合电子能量损失谱(EELS)确定了BaTiO₃单晶内包裹体的相分为:非晶的Ba-Ti-O和高Ti-Ba氧化物——Ba₆Ti₁₇O₄₀在BaTiO₃单晶试样中,还观察到其它几种类型的微缺陷。 关键词：     

蠕变-疲劳交互作用的电子显微学研究

用透射电子显微镜和扫描电子显微镜研究了一种镍基合金(Nimonic 75型)蠕变-疲劳交互作用的机制。在温度873K,应力幅392MPa下进行的实验表明,蠕变、疲劳和“蠕变叠加疲劳”数据近似满足线性积累损伤规律。扫描电子显微镜断口观察表明,所有试样均发生晶间型断裂。但用透射电子显微镜进行的位错观察指出,在蠕变、疲劳和“蠕变叠加疲劳”试样中,位错组态有明显的差别。这些不同的位错组态,对晶间断裂过程产生了各自不同的影响,因而蠕变损伤与疲劳损伤相互独立,在宏观上表现出线性交互作用的规律。本工作表明,透射电子显微 关键词：     

PtSi IRCCD器件用长焦距Si微透镜阵列的制作研究

为了改善PtSi IRCCD器件的红外响应特性,需要添加长焦距微透镜阵列进行焦平面集光,本文提出了一种新的方法—曲率补偿法用于长焦距微透镜阵列的制作.扫描电子显微镜(SEM)显示微透镜阵列为表面极为平缓的方底拱形阵列,表面探针测试结果显示用曲率补偿法制作的微透镜阵列表面光滑,单元重复性好,其焦距可达到685.51μm.微透镜阵列器件与PtSi IRCCD器件在红外显微镜下对准胶合,显著改善了IRCCD器件的光响应特性.     

8mm波段外差时序多色仪实验

诊断托卡马克及其他磁约束聚变装置等离子体电子温度分布的有效手段之一是测量其电子迴旋辐射谱。现在世界上各聚变实验室为此所使用的谱仪有两大类:一类是时序谱仪,其中有扫频外差接收机和各种扫描干涉仪(如法-玻干涉仪,迈克尔逊干涉仪等);另一类是多色仪(如光栅光谱仪)。谱仪的频率范围一般在毫米波和亚毫米波段。对时序谱仪的要求除具有一定的频带宽度和接收灵敏度外,最主要的是扫描速率(指完成一幅给定谱宽的测量所需的时间T_t)。目前以返波管为本振的扫频外差接收机扫描速率最高。如60—90GHz扫频仪,T_t=1—10ms。各种扫描干涉仪则由于采用机械扫描,速率较低。     

催化剂对类石墨烯纳米片结构和发光性能的影响

利用热丝化学气相沉积在沉积有碳点和金催化剂层的Si衬底上制备了类石墨烯纳米片。分别用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微Raman光谱仪、傅立叶变换红外光谱仪、X光电子谱仪和Ramalog系统对它的结构、组成和发光性能进行了研究。结果表明碳点和金引起了类石墨烯纳米片厚度和缺陷的变化,进而导致了发光带的漂移和发光强度的改变。根据表征结果,分析了类石墨烯纳米片结构的变化引起发光性能改变的原因。     

一种基于深刻蚀的硅基周期波导微腔

研究了一种基于深刻蚀的硅基周期波导一维光子晶体微腔,采用时域有限差分(FDTD)方法对设计的微腔结构进行了模拟分析;讨论了深刻蚀对微腔品质因数的影响,计算表明采用深刻蚀可有效地保持高Q值并能保证微腔的机械强度。采用电子束光刻(EBL)结合感应耦合等离子体(ICP)刻蚀制作了绝缘硅(SOI)的周期波导微腔,使用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对器件形貌进行表征,观察到深刻蚀的衬底二氧化硅高度约为80 nm。通过波导光栅耦合光纤输入宽带光源信号对微腔器件进行光学表征,传输光谱测试表明该深刻蚀微腔器件Q值达5×103,插入损耗小于-2 d B。该深刻蚀的硅基周期波导微腔可用于集成光传感器和片上波分复用滤波器等应用。     

高能量分辨率的平面晶体位置灵敏谱仪

平面晶体波长色散位置灵敏谱仪是一新型高能量分辨率的X射线分析装置,可用于高能量分辨的元素分析、化学态及原子物理等研究中.这里简要介绍所研制的位置灵敏谱仪装置及其性能,以及位置灵敏谱仪与其核心部件──位置灵敏正比计数器的基本原理.所研制位置灵敏谱仪对55Fe,Ti和Si所达到的能量分辨率(FWHM)分别为25eV,15eV及7eV.因此,它将可以用作高分辨的元素分析.     

170keV质子辐照对多壁碳纳米管薄膜微观结构与导电性能的影响

碳纳米管具有优异的导电性, 是未来电子元器件的理想候选材料, 应用前景广阔. 针对碳纳米管在空间电子元器件的应用需求, 本文研究了170 keV质子辐照对多壁碳纳米管薄膜微观结构与导电性能的影响. 采用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)及电子顺磁共振谱仪(EPR)对辐照前后碳纳米管试样的表面形貌和微观结构进行分析; 利用四探针测试仪对碳纳米管薄膜进行导电性能分析. SEM分析表明, 170 keV质子辐照条件下, 当辐照注量高于5×10¹⁵ p/cm² (protons/cm²)时, 碳纳米管薄膜表面变得粗糙疏松, 纳米管发生明显弯曲、收缩及相互缠结现象. 目前, 质子辐照纳米管发生的收缩现象被首次发现. 基于Raman和XPS分析表明, 170 keV质子辐照后碳纳米管的有序结构得到改善, 且随辐照注量增加, 碳纳米管的有序结构改善明显. 结构的改善主要是由于170 keV质子辐照碳纳米管所产生的位移效应导致缺陷重组. EPR分析表明, 随着辐照注量的增加, 碳纳米管薄膜内的非局域化电子减少. 利用四探针测试分析表明, 碳纳米管薄膜的导电性能变差, 这是由于170 keV质子辐照导致碳纳米管薄膜中的电子特性及形态发生改变. 本文研究结果有助于利用质子辐照对碳纳米管膜结构和性能进行调整, 从而制备出抗辐射的纳米电子器件.