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第三章 电子能谱仪构造
l 电子能谱仪一般由超
高真空系统、激发源
(X射线光源、UV光源、
电子枪)、电子能量
分析器、检测器和数
据系统,以及其它附
件等构成。
l 现以Thermo-VG公司生
产的ESCALAB 250高性
能电子能谱仪为例,
说明其主要仪器结构。
电子能谱仪结构框图(Instrumentation)
电子能谱仪结构框图
一、超高真空系统(UHV)
l 超高真空系统是进行现代表面分析及研究的主要部分。谱仪的光源
等激发源、样品室、分析室及探测器等都应安装在超高真空中。对
真空系统的要求是高的抽速,真空度尽可能高,耐烘烤,无磁性,
无振 等。通常超高真空系统真空室由不锈钢材料制成,真空度优
于5 ×10-10 mbar。现在所有商业电子能谱仪都工作在10-8 ~ 10-10
mbar的超高真空范围下。
l 超高真空系统一般由多级组合泵来获得。ESCALAB 250 电子能谱
仪的真空系统主要靠磁浮涡轮分子泵来获得,其前级由机械泵维
持,另外在分析室还可加装一离子泵和钛升华泵,这样在样品分析
室中真空度可优于1×10-10 mbar。钛升华泵都常作为辅助泵以便快
速达到所需要的真空度。
l 超高真空室和相关的抽气管道等通常用不锈钢材料来制成,相互连
接处使用具有刀口的法兰和铜垫圈来密封。
1、超高真空的必要性
为什么必需要采用超高真空呢?
l 首先,要分析的低能电子信号很容易被残余气体分子所散射,使得
谱的总信号减 ,所以必须要真空技术来减小残余气体分子的浓
度,只有在超高真空条件下,低能电子才能获得足够长的平均自由
程,而不被散射损失掉。
l 其次,更为重要的是超高真空环境是表面分析技术本身的表面灵敏
性所必须的。在10-6mbar高真空下,大约1秒钟就会有一个单层的气
体吸附在固体表面,这与典型的谱图采集时间相比就太短了。显然
在分析过程中就需要超高真空环境来保持样品表面的清洁。
l 表面灵敏分析技术对样品表面清洁度的要求比其它分析技术要高得
多。对表面杂质来讲当前表面分析方法的检测限约为0.1%单层,但
有时很小的杂质浓度也会引起可观的影响。因此清洁表面的制备和
维持是十分必要的。表面分析需要在超高真空中(UHV)进行,才能保
证表面不会在分析过程中被污染。
l 超高真空的性质:
气压p = 10-8 10-11 torr. 平均自由程l= ~104 107 m. 单层形
成时间t = ~102 105 s
Why UHV for Surface Analysis?
压强
压强
Torr
真空度 Torr
真空度 n Remove adsorbed gases from
n Remove adsorbed gases from
2
102
10 the sample.
the sample.
Low Vacuum
Low Vacuum
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