Tài liệu Tương tác giữa điện tử tới và chất rắn

TÖÔNG TAÙC GIÖÕA ÑIEÄN TÖÛ TÔÙI VAØ CHAÁT RAÉN

Khi cho chuøm ñieän töû tôùi ñaäp vaøo maãu seõ quan saùt ñöôïc caùc hieän töôïng sau

ñaây:

Ñieän töû xuyeân qua maãu: (söû duïng taïo hình aûnh trong kính hieån vi ñieän töû

xuyeân thaáu TEM)

coù ñöôïc trong tröôøng hôïp maãu ñuû moûng bao goàm chuøm ñieän töû truyeàn

thaúng vaø chuøm ñieän töû taùn xaï (ñaøn hoài vaø khoâng ñaøn hoài). Cöôøng ñoä

chuøm truyeàn qua ñöôïc xaùc ñònh:

I  I₀exp(x)

I – cöôøng ñoä chuøm truyeàn qua

I₀– cöôøng ñoä chuøm ñieän töû tôùi



- heä soá haáp thuï cuûa maãu

x- beà daøy cuûa maãu

Ñieän töû taùn xaï: taùn xaï ñaøn hoài vaø khoâng ñaøn hoài.

• Taùn xaï ñaøn hoài laø taùn xaï do va chaïm ñaøn hoài vôùi ñieän töû cuûa maãu

(böôùc soùng chuøm tôùi vaø chuøm taùn xaï khoâng thay ñoåi).

• Taùn xaï khoâng ñaøn hoài do va chaïm khoâng ñaøn hoài vôùi ñieän töû cuûa

maãu, khi ñoù chuøm ñieän töû tôùi bò maát moät phaàn naêng löôïng vaø thay

ñoåi böôùc soùng.

1

• Chuøm taùn xaï coù theå xuyeân qua maãu trong chuøm xuyeân thaúng hoaëc

bò taùn xaï ngöôïc

• Hieäu suaát phaùt xaï cuûa ñieän töû taùn xaï ngöôïc phuï thuoäc vaøo nguyeân

töû soá Z theo: Z^2/3-Z^3/4

• söû duïng taïo hình aûnh trong SEM

Ñieän töû thöù caáp thaät: phaùt xaï töø beà maët cuûa maãu do bò kích thích bôûi

ñieän töû tôùi (ñieän töû quang bò kích thích bôûi chuøm tôùi)

• Caùc ñieän töû vôùi naêng löôïng 0-50 eV

• Hieäu suaát phaùt xaï phuï thuoäc vaøo goùc cuûa tia tôùi vaø beà maët ñoàng

thôøi phuï thuoäc vaøo coâng thoaùt cuûa maãu

• söû duïng taïo hình aûnh trong SEM

Ñieän töû Auger: laø ñieän töû lôùp ngoaøi cuûa nguyeân töû trong maãu phaùt xaï do

quaù trình ioân hoaù nguyeân töû

• Ñieän töû tôùi böùt moät ñieän töû lôùp trong cuûa nguyeân töû ñeå laïi moät loã

troáng

• Moät ñieän töû lôùp ngoaøi ñieàn vaøo loã troáng treân giaûi phoùng moät naêng

löôïng thöøa

• Naêng löôïng naøy ñöôïc truyeàn cho ñieän töû lôùp ngoaøi vaø neáu naêng

löôïng ñuû lôùn ñieän töû naøy coù theå thoaùt ra khoûi beà maët vaät lieäu. Ñieän

töû thoaùt ra naøy ñöôïc goïi laø ñieän töû Auger

• Söû duïng trong phoå ñieän töû Auger ñeå phaân tích nguyeân toá (tphh)

Ñieän töû bò haáp thuï: phaàn ñieän töû so caáp bò haáp thuï taïo ra moät doøng

ñieän ñi quan maãu. Hieäu öùng naøy ñöôïc öùng duïng trong SEM ñeå taïo hình aûnh

2

Tia X phaùt ra töø maãu:

3

• ñieän töû tôùi vôùi naêng löôïng ñuû lôùn seõ laøm baät ra caùc ñieän töû lôùp

trong vaø ñeå laïi moät loã troáng

• ñieän töû lôùp ngoaøi nhaûy vaøo chieám choå vaø giaûi phoùng naêng löôïng

thöøa döôùi daïng tia X coù naêng löôïng baèng hieäu caùc möùc naêng löôïng

tröôùc vaø sau khi nhaûy

• tuyø theo söï dòch chuyeån ñieän töû giöõa caùc möùc naêng löôïng khaùc

nhau maø ta coù caùc vaïch ñaëc tröng khaùc nhau

• caùc vaïch ñaëc tröng naøy ñöôïc kí hieäu laø K, L, M, …(loã troáng lôùp K

ñöôïc ñieàn ñaày baèng ñieän töû lôùp L ta coù tia X: K_, neáu ñieàn töø ñieän töû

lôùp M ta coù K_…neáu loã troáng lôùp L ñöôïc ñieàn bôûi ñieän töõ lôùp M ta coù

L , vv….) ngoaøi ra do moãi lôùp ñieän töû coøn coù phaân lôùp do ñoù ta coù K

₁, K , L ₁, L ₂.. K ,K …)

2



1

₂

• nhö vaäy ta thaáy moãi moät nguyeân toá khi phaùt xaï tia X seõ coù phoå

vaïch ñaëc tröng rieâng cho minh (xem hình veõ

4

• nhö vaäy neáu xaùc ñònh ñöôïc böôùc soùng cuûa nhöõng vaïch ñaëc tröng

ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc söï coù maët cuûa nguyeân toá ñoù trong maãu.

• Ñaây chính laø nguyeân lyù vi phaân tích thaønh phaàn hoaù hoïc baèng ñaàu

doø ñieän töû trong kính hieån vi ñieän töû queùt ñaàu doø EPMA

Huyønh quang catode: xaûy ra ñoái vôùi moät soá chaát coù tính phaùt quang khi

chieáu chuøm ñieän töû vaøo

TÖÔNG TAÙC CUÛA TIA X VÔÙI VAÄT CHAÁT

TÍNH CHAÁT CUÛA TIA X

5

• khaû naêng xuyeân thaáu lôùn: haàu nhu moïi vaät lieäu ñeàu ít nhieàu trong

suoát vôùi tia X. Khi truyeàn qua bò haáp thuï moät phaàn

• gaây hieän töôïng phaùt quang: moät soá muoái cuûa Bari vaø Platin

• laøm ñen phim aûnh

• ion hoaù chaát khí

• taùc duïng xaáu ñeán söùc khoûe

TAÏO TIA X

• Ñieän töû ñöôïc sinh ra do nung noùng nhieät vonfram. Caùc ñieän töû ñöôïc

taêng toác vaø ñöôïc döøng ñoät ngoät ôû anode laøm phaùt ra tia X (nguyeân lyù

ñöôïc xeùt kyõ ôû phaàn töông taùc cuûa ñieän töû vôùi chaát raén)

• Phoå tia X seõ coù hai phaàn: phaàn phoå lieân tuïc vaø phaàn phoå vaïch.

• Phoå lieân tuïc: do ñieän töû coù moät loaït caùc va chaïm vôùi nguyeân töû vaø bò

maát naêng löôïng theo caùch khaùc nhau neân phoå tia X sinh ra coù böôùc

soùng lieân tuïc. Phoå lieân tuïc ñöôïc söû duïng trong nghieân cöùu ñôn tinh

theå

• Phoå vaïch: neáu ñieän töû tôùi coù naêng löôïng ñuû lôùn laøm baät caùc ñieän töû

lôùp trong cuûa nguyeân töû ta coù phoå tia X goàm nhöõng vaïch ñaëc tröng

(choàng leân phoå lieân tuïc). Phoå vaïch ñöôïc söû duïng ñeå phaân tích ñònh

tính thaønh phaàn hoaù hoïc (nhaän bieát söï coù maët cuûa nguyeân toá theo

nhöõng vaïch tia X ñaëc tröng) hoaëc söû duïng ñeå phaân tích caáu truùc raát

hieäu quaû trong phöông phaùp ña tinh theå vaø phöông phaùp boät.

6

TÖÔNG TAÙC CUÛA TIA X VÔÙI VAÄT CHAÁT

Khi cho tia X töông taùc vôùi vaät chaát cöôøng ñoä cuûa chuùng bò giaûm ñi do caùc

nguyeân nhaân: haáp thuï, taùn xaï vaø nhieãu xaï

• Taùn xaï tia X: tia X bò leäch khoûi phöông ban ñaàu döôùi taùc ñoäng cuûa

nguyeân töû, böôùc soùng coù theå thay ñoåi (taùn xaï khoâng keát hôïp do va

chaïm vôùi ñieän töû töï do) hoaëc khoâng ñoåi (taùn xaï keát hôïp do va chaïm

vôùi ñieän töû trong lieân keát vôùi böôùc soùng >0,2) sau khi va chaïm.

• Nhieãu xaï: laø söï giao thoa taêng cöôøng cuûa nhieàu hôn moät soùng taùn xaï.

• Haáp thuï: ñieän töû cuûa nguyeân töû haáp thuï toaøn boä naêng löôïng cuûa

photon rôngen vaø böùt ra khoûi quó ñaïo (ion hoaù) ñoàng thôøi chuyeån

ñoäng vôùi vaän toác xaùc ñònh (ñieän töû quang). Khi trôû veà traïng thaùi oån

ñònh, caùc ñieän töû lôùp ngoaøi nhaûy veà chieám choå troáng laøm cho vaät haáp

thuï trôû thaønh nguoàn phaùt böùc xaï rôngen thöù caáp ñaëc tröng cho vaät

haáp thuï (ñaây chính laø nguyeân lyù chính trong phöông phaùp huyønh

quang tia X).

7

PHAÂN TÍCH THAØNH PHAÀN HOAÙ HOÏC BAÈNG HUYØNH QUANG TIA X

NGUYEÂN LYÙ CUÛA PHÖÔNG PHAÙP

• Tia X sô caáp ñaäp vaøo beà maët maãu laøm phaùt xaï chuøm tia X thöù caáp töø

maãu. Phaân tích böôùc soùng hoaëc naêng löôïng tia X thöù caáp cho ta

thoâng tin veà söï coù maët cuûa nhöõng nguyeân toá khaùc nhau trong maãu

• Goàm 2 loaïi phoå keá : phoå keá taùn saéc chieàu daøi soùng vaø phoå keá taùn xaï

naêng löôïng

PHOÅ KEÁ TAÙN SAÉC CHIEÀU DAØI SOÙNG

Nguyeân lyù phöông phaùp vaø caáu taïo thieát bò

• Chuøm tia X sô caáp ñöôïc chieáu vaoø maãu phaân tích, nguyeân toá coù

trong maãu haáp thuï tia X bò kích thích vaø phaùt ra chuøm tia X thöù caáp

ñaëc tröng cho nhöõng nguyeân toá coù maët trong maãu.

• Chuøm tia X thöù caáp naøy ñi qua moät tinh theå phaân tích (ñaõ bieát tröôùc

kieåu maïng vaø haèng soá maïng) seõ nhieãu xaï vaø ñöôïc ghi laïi treân phim

aûnh hoaëc giaûn ñoà nhieãu xaï. Theo pt Vulf-Bragg:

n  2d sin

• Do bieát d vaø goùc



ño ñöôïc treân giaûn ñoà nhieãu xaï neân seõ xaùc ñònh

 _{do ñoù bieát ñöôïc söï coù maët cuûa nguyeân toá taïo tia X thöù caáp}

ñöôïc

naøy

8

Caáu taïo thieát bò phaân tích

• Chuøm tia X sô caáp 1 ñi qua maãu 2 laøm phaùt xaï chuøm tia X thöù caáp töø

maãu ñi qua tinh theå phaân tích 3. Do chuøm thöù caáp coù nhieàu böôùc

soùng khaùc nhau neân seõ nhieãu xaï vôùi nhieàu goùc ² khaùc nhau ñoái vôùi

moät maët maïng cho tröôùc

Phöông phaùp phaân tích:

• Sau ghi ghi phoå tia X huyønh quang cuûa maãu, ñoái chieáu nhöõng vaïch coù

cöôøng ñoä maïnh K tröôùc, sau ñoù xem theâm nhöõng vaïch coù cöôøng ñoä

yeáu vôùi phoå chuaån cuûa nguyeân toá tinh khieát, suy ra ñöôïc söï coù maët

cuûa nguyeân toá trong maãu

• Daïng phoå

9

öùng duïng: phaân tích thaønh phaàn hoaù hoïc cuûa maãu

PHOÅ KEÁ TAÙN XAÏ NAÊNG LÖÔÏNG

Nguyeân lyù cuûa phöông phaùp:

• Phoå tia X thöù caáp töø maãu seõ ñöôïc ño tín hieäu naêng löôïng taùn xaï

hc

 



vaø suy ra nguyeân

(KeV). Töø phöông trình

toá coù trong maãu

seõ tính ñöôïc



Caáu taïo thieát bò:

Daïng phoå:

10

ví duï (hình): treân caùc ñænh ñeàu coù giaù trò naêng löôïng töông öùng, töø ñaây suy

ra böôùc soùng vaø ñoái chieáu vôùi phoå chuaån seõ bieát ñöôïc caùc nguyeân toá coù maët

(nhö pheùp ñònh tính bieåu thò treân hình)

öùng duïng: phaân tích thaønh phaàn hoaù hoïc

11