A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.
-
Upload
erminia-rubino -
Category
Documents
-
view
215 -
download
0
Transcript of A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.
![Page 1: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/1.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 1
Spettroscopie
![Page 2: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/2.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 2
Lo spettro elettromagnetico
€
γ
€
X
€
UV
€
IR
€
microonde
€
onderadio
€
visibile
103
105
107
109
1011
1013
1015
1017
1019
1021
1023
ν (1 / s)
1016
1014
1012
1010
108
106
102
1
10-2
10-4
104
λ(Å )
10-12
10-10
10-8
10-6
10-4
10-2
1
102
104
106
108
E(eV )
E =hν
h =6.626 ×10−34 J ⋅s=4.1357 ×10−15 eV ⋅s
Relazione di Planck
ν =
c
λ c =3 ×10 8 m/ s
![Page 3: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/3.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 3
Lo spettro elettromagnetico
€
γ
€
X
€
UV
€
IR
€
microonde
€
onderadio
€
visibile
103
105
107
109
1011
1013
1015
1017
1019
1021
1023
ν (1 / s)
1016
1014
1012
1010
108
106
102
1
10-2
10-4
104
λ(Å )
10-12
10-10
10-8
10-6
10-4
10-2
1
102
104
106
108
E(eV )
-Transizioni magnetiche nucleari
-Risonanze magnetiche di spin-Spettroscopie rotazionali
-Spettroscopie rotovibrazionali
Spettroscopie molecolari
-Spettroscopie delle bande molecolari:transizioni elettroniche + transizioni rotazionali evibrazionali
-Spettroscopie atomiche
-Spettroscopie nucleari
![Page 4: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/4.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 4
Rilevanza dei fenomeni termici
€
γ
€
X
€
UV
€
IR
€
microonde
€
onderadio
€
visibile
103
105
107
109
1011
1013
1015
1017
1019
1021
1023
ν (1 / s)
1016
1014
1012
1010
108
106
102
1
10-2
10-4
104
λ(Å )
10-12
10-10
10-8
10-6
10-4
10-2
1
102
104
106
108
E(eV )
1012
1010
108
106
104
100
1
10-2
10-4
10-6
10-8
T (K)
E =k
BT
kB=1.381×10−23 J / K
=8.617 ×10−5 eV / K
kBT
amb=8.617 ×10−5 ×300
=26.8 ×10−3 eV
Energia media di unoscillatore armonicoclassico
![Page 5: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/5.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 5
Interazione radiazione-materia
Ef
Ei
E
Radiazione incidente
Ef
Ei
E < Ef-Ei E
Mezzo “trasparente”
![Page 6: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/6.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 6
Processi di eccitazione
Ef
Ei
E
Radiazione incidente
Ef
Ei
E Ef-Ei
Eccitazione risonante
-6 -4 -2 2 4 6
0.2
0.4
0.6
0.8
1
δE
h=2π
t
δE / h
δE =E −(E
f−E
i)
![Page 7: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/7.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 7
Emissione
Ef
Ei
Stato eccitato
Ef
Ei
hν ≈E
f−E
i
Emissione
-6 -4 -2 2 4 6
0.2
0.4
0.6
0.8
1
δE
h=2π
t
δE / h
δE =E −(E
f−E
i)
ΔE
2≈h
2πΔt / 2 ΔE Δt ≈2π h
Principio di indeterminazione
Δt : vita media dello stato eccitato
Δt piccolo : fluorescenza Δt grande : fosforescenza
![Page 8: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/8.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 8
Emissione stimolata
Ef
Ei
Inversione di popolazione
Effetto della “pompa”
Ef
Ei
hν ≈E
f−E
i
Emissione stimolata
hν ≈E
f−E
i
Effetto “LASER”
![Page 9: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/9.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 9
Schema dei termini dell’ atomo di H
E (cm-1
)
109679
100000
90000
80000
0 0
10
11
12
13
13.6
eV2S 2P 2D 2F 2G
1s
2s
3s
4s
5s
2p
3p
4p
5p
3d
4d
5d
4f
5f 5g
1216
1026
972
6563
6563
18571
12818 40500
Lyman (UV)
n=1
n=2
n=3n=4n=5
Balmer (visibile)Paschen (IR)
Brackett (IR)
![Page 10: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/10.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 10
Spettro di emissione di raggi X dal Pb
![Page 11: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/11.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 11
Livelli energetici degli elettroni nei solidi
Banda diconduzione
Elettroniliberi
EF
EF+W
K
L1
L2
L3 2p3/22p1/2
2s
1s
Banda divalenza
Livelliatomici
Metalli
W: funzione lavoroEF: energia di Fermi
K
L1
L2
L3 2p3/22p1/2
2s
1s
Eg>>kB
T
Isolanti
EF
EgkBT
K
L1
L2
L3 2p3/22p1/2
2s
1s
Semiconduttori
EF
![Page 12: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/12.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 12
L’ effetto fotoelettrico
-V 0
luceincidente
elettronifotocatodocollettore
Ek
max =V e ⇒ V =h
νe−
W
e
E
k
max =hν −W W: funzione lavoro (lavoro di estrazione)
Relazione di Einstein
EF
EF+W
K
L1
L2L3 2p3/2
2p1/22s
1s
Ek
![Page 13: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/13.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 13
Assorbimento e emissione di raggi X
![Page 14: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/14.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 14
Assorbimento: perdita di energia di elettroni
I
VA
VG
- +
+ -
Catodo
Gas a bassa pressione
Anodo
GG
Esperimentodi Franck e Hertz
ElectronEnergyLossSpectroscopy(EELS)
![Page 15: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/15.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 15
Eccitazione (fotoemissione) e ricombinazione
K
L1
L2
L3
hv
Ricombinazioneradiativa
hω =ΔE
B
K
L1
L2
L3
e-
Emissione Auger
E
αβγZ ≈(E
αZ −E
βZ ) −E
γZ
Effetto fotoelettrico
E
k=hω −E
B
K
L1
L2
L3
e-
2p3/22p1/2
2s
1s
Ionizzazione
hv
![Page 16: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/16.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 16
Segnali rivelati e spettroscopie
Fotoelettrone E
k=hω −E
B
Fotoni X hω =ΔE
B
Elettroni Auger E
αβγZ =(E
αZ −E
βZ ) −E
γZ
XPS : X-ray Photoemission Spectroscopy
XRF: X-ray Fluorescence
EPMA: Electron Probe Micro Analysis
AES: Auger Electron Spectroscopy
![Page 17: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/17.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 17
Schema delle energie nella rivelazione di fotoelettroni
hν +E
tot
i =Ek+E
tot
f
E
k+W
spect+E
B
F =hν
E
B
F =hν −Ek−W
spect
e-Campione Spettrometro
Livello di vuoto
Livello di vuoto
Livello di Fermi Livello di Fermi
Ek1
Ek
hν
k
Ws
Wspect Wspect- Ws
Campione Spettrometro
EBF
E
k=hν −(E
tot
f −Etot
i )
![Page 18: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/18.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 18
Fotoemissione e assorboimento di raggi X
![Page 19: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/19.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 19
Corrispondenza fra emissione e assorbimento
![Page 20: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/20.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 20
Cammino libero medio degli elettroni
![Page 21: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/21.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 21
Lo spettrometro XPS
![Page 22: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/22.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 22
Spettro XPS (survey)
![Page 23: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/23.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 23
Energie di legame
E
B=hν −E
k−W
spect
![Page 24: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/24.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 24
Effetti della non monocromaticità del fascio X
Le righe K dell’ Al
E
B
F =hν −Ek−W
spect
δE
B
F =hδν + δEk
![Page 25: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/25.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 25
Deconvoluzione del picco 1s del C
Spettrometro XPS ad alta risoluzione
![Page 26: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/26.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 26
Gli shift chimici
E
k=hν −(E
tot
f −Etot
i )
![Page 27: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/27.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 27
Shift chimici della riga C 1s
![Page 28: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/28.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 28
Due diversi processi di decadimento sono possibili
K
L1
L2
L3
hv
Ricombinazioneradiativa
hω =ΔE
B
K
L1
L2
L3
e-
Emissione Auger
E
αβγZ ≈(E
αZ −E
βZ ) −E
γZ
Effetto fotoelettrico
E
k=hω −E
B
K
L1
L2
L3
e-
2p3/22p1/2
2s
1s
Ionizzazione
hv
![Page 29: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/29.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 29
Transizioni Auger
E
αβγZ ≈(E
αZ −E
βZ ) −E
γZ
![Page 30: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/30.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 30
Le interazioni degli elettroni con la materia
![Page 31: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/31.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 31
Volumi di emissione e profondità di informazione
d
e-beam
E=0
E = Eth
R ≈ µm
a ≈ 20Å
d ≈ 10 nm
Volume di emissione di secondari
Volume di emissione di AEgenerati dai retrodiffusi
Volume di emissione di AEgenerati dai primari
Volume di emissione X di fluorescenza
![Page 32: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/32.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 32
Determinazione della profondità di fuga
![Page 33: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/33.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 33
Lo spettrometro AES e gli spettri di elettroni
![Page 34: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/34.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 34
Lo spettrometro AES
![Page 35: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/35.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 35
La riga KLL del Mg
![Page 36: A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Spettroscopie.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/5542eb58497959361e8c2e53/html5/thumbnails/36.jpg)
A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 36
Profili di concentrazione in AES
15 keV Cs, O, Ar
Processo di erosione per "sputtering"Processo di erosione per "sputtering"
fascio ionico
ioni "sputterati"
SIMSSIMS
fascio di elettroni
elettroni Auger
AESAES