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1.1　表面的重要性1

1.1.1 表面含义1

1.1.2 与固体表面有关的现象1

第1章　绪论1

1.2　表面特性2

1.3　表面科学与表面分析2

1.3.3 表面结构3

1.3.5　表面电子态3

1.3.4　表面原子态3

1.3.2　表面组成及结合状态3

1.3.1 表面形貌3

1.4　表面分析技术4

1.4.1　表面形貌分析4

1.4.2　表面组分分析4

1.4.3　表面结构分析4

1.4.4　表面电子态分析6

1.4.5　表面原子态分析6

思考题6

参考文献6

2.1.1 电离过程7

第2章　电子能谱学7

2.1　基本原理7

2.1.2 光电子能谱线12

2.2　结合能的实验测定18

2.3　表面化学位移20

2.4　金属原子簇20

2.5　荷电效应及其补偿21

2.5.1　装置和技术22

2.5.2 制样方法24

2.5.3　谱图校正24

2.6　反向光电子能谱25

思考题26

参考文献26

第3章　电子能谱仪的结构与实验技术27

3.1　电子能谱仪结构框图27

3.2　激发源27

3.2.1 光子源27

3.2.2 电子源31

3.2.3 离子源32

3.3　能量分析器32

3.4　检测器系统35

3.5　真空系统36

3.6　实验技术39

3.6.1　谱仪能量标尺校正39

3.6.2　样品处理40

3.6.3　荷电校正40

3.6.4 操作事项41

3.7　计算机收谱及数据处理41

3.7.1 计算机对谱仪的控制及收谱41

3.7.2 计算机对接收数据的处理41

3.8.2　样品预处理和安装42

3.8.3　仪器设备42

3.8　XPS实验报告42

3.8.1　原始样品来源42

3.8.4 检定规程、检测方法通则及其他标准43

3.8.5 实验过程43

3.8.6　谱图的后处理43

3.8.7　XPS报告的编写44

3.9　电子能谱仪的最新进展44

思考题44

参考文献45

第4章　XPS谱图分析46

4.1　终态效应及电子谱线的伴线结构47

4.1.1 终态效应47

4.1.2　XPS中的伴线结构49

4.2　化学位移与化学态62

4.3　固体表面能谱73

4.3.1　价带光电发射73

4.3.2 表面态75

4.3.3 内层能级能谱图76

4.3.4 费密能级的光电子能谱测定78

4.3.5　温度关系的光电发射79

4.3.6　表面和体相强度、深度剖析79

4.3.7 多晶Zn的初始氧化81

4.3.8 多晶Ni上的吸附研究83

4.3.9　铂单晶上有机分子的吸附83

4.3.10 同步辐射应用举例85

思考题88

参考文献88

5.1.2　元素化学态的鉴别90

5.1.1 元素组成的鉴别90

5.1　定性分析90

第5章　XPS的定性、定量分析90

5.1.3　俄歇参数法91

5.2　定量分析97

5.2.1 影响定量分析的因素99

5.2.2 半定量分析中的影响因素101

5.2.3　数据收集和强度测量111

5.2.4　XPS半定量分析方法113

思考题122

参考文献122

6.1.1 生物体系124

第6章　XPS的应用124

6.1　XPS的常规应用124

6.1.2 生物医用材料125

6.1.3 生物体系表面研究中的实验问题129

6.1.4　天体地质学130

6.1.5　环境研究130

6.1.6 表面研究131

6.1.7　金属及合金体系133

6.1.8 聚合物133

6.1.9　XPS中的溅射深度剖析139

6.1.10 应用实例141

6.2　XPS的特殊用途143

6.2.1 同步辐射的XPS144

6.2.2　角分解XPS146

6.2.3 光电子衍射的结构效应156

6.2.4　XPS峰形分析测定表面纳米结构163

6.2.5　成像XPS164

6.2.6 全反射X射线光电子能谱学170

思考题174

参考文献175

第7章　XPS在半导体材料、表面薄膜和微电子器件中的应用178

7.1　前言178

7.1.1 电子在材料中的非弹性散射平均自由程和表面灵敏度178

7.1.2 电子能谱能量参考零点179

7.1.3　荷电积累179

7.2　XPS检测半导体表面污染179

7.2.1　Si表面的污染氧化179

7.2.2　GeSi表面的氧化180

7.2.3　GaN表面的污染氧化181

7.2.5　XPS用于半导体集成芯片的分析182

7.2.4　GaAs表面的污染氧化182

7.2.6 XPS检测半导体晶片清洗后的残留物183

7.3　角分解XPS（ARXPS或可变极角XPS）的应用183

7.3.1 电子在固体中非弹性散射平均自由程和衰减长度184

7.3.2　均匀覆盖薄膜187

7.3.3　Si表面氧化层的测量分析187

7.3.4 富Ge的SiO2材料表面氧化层的测量分析189

7.3.5　纵向非均匀相薄层和ARXPS深度剖析190

7.3.6　物相分散在基体上的覆盖度192

7.4　富Si氧化硅纳米材料XPS分析193

7.5　Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体及薄膜的XPS分析194

7.5.1　GaP/p-Si（100）薄膜的XPS分析194

7.5.2　GaN的XPS分析197

7.6　硅基稀土薄膜CeO2的XPS分析及XPS深度剖析199

7.6.1　铈的XPS谱特点199

7.6.2　CeO2/Si界面深度剖析201

7.7　氧化锌的XPS分析202

7.8　光电子能谱测量半导体的能带204

7.8.1　Schottky势垒高度的测量204

7.8.2 半导体异质结能带偏移量的测量205

7.8.3 用重掺杂方法测量异质结界面Si/Si1-xGex的能带偏移量207

7.9　CoSi2薄膜在图形衬底上选择生长的研究208

7.9.1　样品制备及测量209

7.9.2　SAM结果209

7.9.3　分析讨论212

思考题212

参考文献213

8.1.3 能带结构及价电子谱216

8.1.2 阈值光电子谱216

8.1.1　光助场发射216

8.1　光电子谱的分类及紫外光电子谱的特点216

第8章　紫外光电子能谱和XPS价带谱216

8.1.4　紫外光电子谱217

8.1.5　X射线光电子谱217

8.2　基本过程217

8.3　紫外光源217

8.3.1 放电灯217

8.3.2　单色器和偏振器219

8.4.1　谱峰与样品结构的关系221

8.4　UPS的应用221

8.3.3 专用的同步辐射源221

8.4.2 空态分布和能带结构226

8.4.3　表面态分析229

8.4.4　谱图与能级（带）之间的关联233

8.5　XPS价带谱及其应用236

8.5.1　和光子源（XPS、UPS和同步辐射）有关的价带区236

8.5.2　价带XPS的化学信息237

8.5.3　金属价带谱237

8.5.4 无机物及有机物的价带谱238

参考文献242

思考题242

第9章　俄歇电子能谱243

9.1　原理243

9.2　AES实验244

9.3　俄歇谱类型：直接谱和微分谱244

9.4　样品对准246

9.5　定性分析246

9.6　定量分析246

9.7　化学效应247

9.9　俄歇像或图248

9.8　俄歇线扫描248

9.10　深度剖析249

9.11　数据处理250

9.12　电子束效应251

9.13　电离损失峰252

9.14　等离子体激元损失峰252

9.15　j-j、L-S耦合253

9.15.1　j-j耦合253

9.15.2　L-S耦合254

9.16　AES线形的化学信息和化学指纹256

9.16.1　化学指纹257

9.17　表面扩展能量损失精细结构谱263

9.17.1　背散射电子能谱264

9.17.2　SEELFS机理265

9.17.3　SEELFS数据处理265

9.18　正电子湮灭诱生的AES267

9.19　离子激发的俄歇电子能谱269

9.19.1　引言269

9.19.2　离子激发的AES对含Mg、Al或Si物种深度剖析的影响271

9.20.1　引言273

9.20　电子符合测量273

9.20.2　APECS实验设计274

思考题274

参考文献274

第10章　定量表面分析中的计算与模拟277

10.1 电子与物质的相互作用机理277

10.1.1 弹性散射277

10.1.2　非弹性散射282

10.1.3 介电函数方法285

10.2.1　ISO定义291

10.2　表面电子能谱中的信息深度291

10.2.2　非弹性平均自由程293

10.3　电子与固体相互作用的Monte Carlo模拟296

10.3.1　Monte Carlo方法296

10.3.2 电子轨迹的模拟步骤298

10.4　俄歇电子能谱学中的模拟300

10.4.1　背散射电子能谱300

10.4.2 背散射因子的计算305

10.5　反射电子能量损失谱的模拟309

10.5.1 表面激发理论310

10.5.2 反射电子能量损失谱的正向模拟312

10.5.3　反射电子能量损失谱的反向模拟314

10.6　X光电子能谱中的模拟316

10.6.1　X光电子的模拟317

10.6.2　XPS线型321

10.7　表面电子能谱的定量分析322

10.7.1　一级原理模型323

10.7.2 纳米结构的电子能谱定量分析324

10.7.3 电子能谱线型分析326

10.7.4 本底扣除求峰面积327

思考题330

参考文献331

第11章　二次离子质谱335

11.1　概况335

11.2　离子溅射基本规律337

11.2.1　溅射产额与入射离子原子序数的关系337

11.2.2　溅射产额与入射离子能量的关系337

11.2.3　溅射产额与入射角的关系337

11.2.4　溅射产额与靶原子序数的关系337

11.2.5　溅射速率338

11.3.2 二次离子产额339

11.3　二次离子发射的基本规律339

11.3.1　发射离子的类型339

11.3.3 二次离子的能量分布和角分布341

11.3.4 二次离子发射理论模型342

11.4　SIMS分析模式342

11.4.1　“动态”SIMS342

11.4.2　“静态”SIMS343

11.4.3　SIMS的基本关系式和相对灵敏度因子344

11.5.1　离子源345

11.5　二次离子谱仪345

11.5.2　二次离子质量分析系统346

11.6　SIMS分析方法和应用347

11.6.1　痕量杂质的分析347

11.6.2　SIMS定量分析348

11.6.3　深度剖析348

11.6.4　面分布成分分析350

11.6.5　绝缘样品的分析及“中和”问题350

11.6.6　有机物分析351

11.7　二次离子质谱学的发展352

11.6.7　静态SIMS表征新型催化剂MoO3-CaO/TiO2-γ-A12O3的表面状态和结构层次352

思考题354

参考文献355

第12章　离子散射谱356

12.1　概况356

12.2　机理356

12.3　装置和技术357

12.4.4 不存在基体效应和定量分析358

12.4.3　质量分辨率358

12.4.2　入射角度选择358

12.4.1　入射离子及其能量选择358

12.4　分析条件358

12.4.5 多重散射和沟道效应359

12.4.6　低能高本底359

12.4.7　荷电效应及其处理359

12.5　应用360

12.5.1　表面成分的定性和定量分析360

12.5.2　表面结构分析360

12.5.3 原子间相互作用的测试360

思考题362

12.6.2　背向散射362

12.6.1　前向散射362

12.6　展望362

参考文献363

第13章　超高真空扫描隧道显微学364

13.1　概况364

13.2　基本原理365

13.2.1　真空隧穿365

13.2.2　隧穿的Hamiltonian近似366

13.3.1　UHV VT STM机械结构368

13.3　超高真空变温STM装置和技术368

13.3.2　UHV VT STM控制系统370

13.4　STM工作模式370

13.5　STM针尖制备370

13.6　应用371

13.6.1　半导体表面371

13.6.2　金属表面374

13.7　扫描隧道谱374

13.7.1　STS基本原理374

13.7.2　STS的基本方式375

13.8　原子操纵377

思考题378

参考文献379

第14章　扫描力显微学380

14.1　概况380

14.2　原子、分子间作用势380

14.3　分子间和表面力383

14.3.1　Van der Waals力383

14.3.2　排斥力385

14.4　针尖和悬臂386

14.5　悬臂偏转的探测方法387

14.6　AFM成像模式388

14.6.1　接触模式388

14.6.2　非接触模式389

14.7　AFM应用391

思考题391

参考文献391

附录1　表面化学分析和国际标准化工作393

附录2　表面结构的命名398

附录3　高聚物Cls化学位移表400

主题索引403