基于掃描探針電子能譜儀的表面譜學(xué)成像研究.pdf

1、電子能譜技術(shù)廣泛用于固體表面元素分析、化學(xué)環(huán)境分析及形貌測(cè)量等，在表面物理研究中發(fā)揮著重要的作用。近年來，對(duì)單個(gè)納米粒子的等離激元激發(fā)和單個(gè)生物大分子的激發(fā)能譜等研究均需要具有一定空間分辨能力的表面電子能譜測(cè)量（或表面譜學(xué)成像）技術(shù)。雖然現(xiàn)階段快速發(fā)展的掃描透射電子顯微鏡（STEM）已經(jīng)可以進(jìn)行原子級(jí)空間分辨的電子能譜測(cè)量，但STEM達(dá)到高空間分辨所使用的高能電子束會(huì)對(duì)樣品，尤其是有機(jī)或生物分子等樣品，產(chǎn)生輻射損傷;同時(shí)，STEM對(duì)測(cè)量

2、的樣品有一定的要求，從而限制了STEM的使用范圍。
　　獲取空間分辨的譜學(xué)信息的另一種解決思路是在近場(chǎng)區(qū)進(jìn)行能譜測(cè)量，技術(shù)上通過將電子能譜測(cè)量技術(shù)與掃描探針顯微鏡（STM）結(jié)合實(shí)現(xiàn)。這種組合的儀器工作在STM模式時(shí)進(jìn)行形貌測(cè)量，而在掃描探針電子能譜（SPEES）模式則可以進(jìn)行具有空間分辨的電子能譜測(cè)量。本文主要介紹了由一臺(tái)雙環(huán)形電子能量分析器與一臺(tái)超高真空掃描隧道顯微鏡結(jié)合的掃描探針電子能譜儀的搭建、調(diào)試以及在該裝置上開展的表面研

3、究等內(nèi)容，分為以下幾個(gè)部分:
　　第一章介紹了具有空間分辨的能譜分析技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及目前STEM等技術(shù)存在的一些限制。結(jié)合STM的電子能譜技術(shù)采用近場(chǎng)探測(cè)技術(shù)也可以得到空間分辨的能譜信息，國(guó)際上已有幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組在這種組合探測(cè)技術(shù)上進(jìn)行了一系列的嘗試并取得的一些成果。
　　第二章介紹了自主設(shè)計(jì)的SPEES裝置的整體結(jié)構(gòu)，包括超高真空系統(tǒng)、針尖樣品傳輸更換系統(tǒng)、STM單元、電子能量分析探測(cè)系統(tǒng)以及減震和磁屏蔽等裝置。
　　

4、第三章詳細(xì)介紹了特別為本SPEES裝置設(shè)計(jì)的超高真空STM，給出其設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)、制作過程及基于LabVIEW的STM控制軟件開發(fā)。在大氣環(huán)境中，我們使用鉑銥針尖和高定向熱解石墨樣品對(duì)顯微鏡進(jìn)行了測(cè)試，分別得到了原子分辨圖像和納米結(jié)構(gòu)圖像。
　　第四章將SPEES腔室內(nèi)環(huán)境抽至超高真空后，利用STM針尖的場(chǎng)發(fā)射電子對(duì)能量分析器進(jìn)行了調(diào)試刻度。完成能量刻度后，使用石墨和Ag膜樣品進(jìn)行了STM形貌測(cè)量及電子能量損失譜（EELS）測(cè)量，