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基于环形电子能量分析器的扫描探针电子能谱仪的性能

2018.7.28

表面科学中,扫描隧道显微镜(STM)己成为一种极其重要的测量分析手段,用于对固体表面形貌的测量和费米面附近电子态的探测。但是它无法直接识别表面原子的种类。结合扫描探针技术与电子能谱测量技术是实现表面原子识别的一种方案,该方案中,STM针尖作为场发射源激发表面原子,通过探测次级电子的能谱而实现表面原子的识别.本文介绍了结合扫描场发射针尖与一种新型的探测效率极高的环形电子能量分析器(TEEA)的扫描探针电子能谱仪(SPEES)以及运用SPEES进行固体表面扫描能谱探测的初步结果。第一章介绍了基于扫描探针的表面原子识别中的一些基本概念,STM的工作原理以及扫描探针能谱仪的研究进展。第二章提出将STM与TEEA相结合建造适合表面微区元素识别的扫描探针电子能谱仪(SPEES)的方案。详细介绍了目前SPEES的预研究装置及其各组成部分,包括:三维扫描探针以及样品台系统,环形电子能量分析器TEEA,电子光学系统和二维位置灵敏探测器和数据采集系统.其中,着重介绍了TEEA的原理,结构及其电子光学特性以及实现条件.证明了TEEA的确是一种非常优越的、探测效率极高的电子能量分析器。我们的STM+TEEA的方案预计比前人的探测效率提高2～3个数量级。在第三章中,我们从实验和计算机模拟两方面对谱仪的性能进行了系统地研究。确定了25 eV,50 eV和100 eV三种通过能下的优化工作条件,得出了对应的各通过能下谱仪的能量分辨和线性能窗宽度。同时,对谱仪的能量分辨进行了深入的讨论,着重分析了TEEA的非轴对称性对能量分辨的影响,并提出了修正方法。此外,我们测量了气体Ar原子的LMM俄歇谱和石墨表面的能量损失谱及俄歇能谱。第四章介绍了运用SPEES开展固体表面微尺度识别的工作。利用以MS-5三维惯性扫描驱动为基础的扫描探针系统在Ag@HOPG样品表面实现了空间分辨的元素识别。利用Ag和石墨的等离子激元峰,定量地分析了样品表面各个扫描点两者的相对强度.这是首次通过扫描探针能损谱方法实现有空间分辨的元素识别,空间分辨率约为5μm.

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基于环形电子能量分析器的扫描探针电子能谱仪的性能

周锦帆