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基于反射电子能量损失谱的表面激发和表面光学性质的研究

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第一章绪论

1.1表面电子能谱

1.1.1俄歇电子能谱(Auger Electron Spectroscopy(AES))

1.1.2 X光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy(XPS))

1.1.3电子能量损失谱(TEELS、REELS)

1.2表面激发

1.2.1表面激发的研究背景及意义

1.2.2表面激发理论和有效能量损失函数

1.2.3表面激发几率的实验获取

1.3材料的光学性能和电子结构

1.3.1光学测量和从透射电子能量损失谱获取光学常数

1.3.2基于反射电子能量损失谱的光学性能研究

1.3.3表面的光学性质和电子结构的获取

第二章电子在固体内的输运过程和Monte Carlo模型

2.1电子在固体内的散射现象

2.1.1弹性散射

2.1.2非弹性散射

2.1.3电子能谱的一般形式及一般处理方法

2.2 Monte Carlo模拟计算

2.2.1 Monte Carlo方法简介

2.2.2模拟步骤

第三章基于反射电子能量损失谱的分析研究

3.1 Tougaard去卷积法

3.1.1 Tougaard迭代退卷积公式的推导

3.1.2 Ag的微分损失截面

3.2扩展Landau方法和有效能量损失函数

3.2.1扩展Landau公式去卷积

3.2.2 Mo和Ta的有效能量损失函数

3.2.3 Zn的有效能量损失函数和光学常数

3.3 Werner消除—复得(Elimination-Retrieval)方法获取材料的微分表面损失分布和表面激发参数

3.3.1消除—复得方法的步骤

3.3.2 Ag,Cu和Ni的微分表面损失分布和表面激发参数(HSA能量分析器接收反射电子)

3.3.3 Si和Cr的微分表面损失分布(CMA能量分析器接收)

3.4总结

第四章材料的电子结构和光学性质

4.1体的光学常数的获取方法

4.1.1光学测量

4.1.2 KK关系分析透射电子能量损失谱和反射电子能量损失谱

4.2表面的光学常数的获取方法

4.2.1表面KK关系分析反射电子能量损失谱

4.2.2表面KK关系的验证

4.2.3 Ag,Cu和Ni的表面层的光学性质和电子结构

4.3总结

第五章总结和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表和待发表的论文

致谢

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摘要

本论文主要工作是通过对几种金属材料的实验反射电子能量损失谱的分析,研究了这几种材料的有效能量损失函数、微分表面激发几率、表面激发参数及表面光学常数。利用扩展Landau方法获取了Mo,Ta和Zn的有效能量损失函数,其包含了表面激发和体激发。分析了这两种过渡金属的电子结构和表面激发效应;通过KK分析,基于反射电子能量损失谱给出了Zn的光学常数和介电函数,该光学常数和介电函数实际上包含表面和体的两部分贡献。根据反射电子在固体内的输运深度可知,计算出的Zn的光学常数对10纳米的膜厚内是适用的;借助Wemer消除-复得方法获取了几种材料的微分表面激发几率和表面激发参数,结果表明随着入射电子能量的降低,表面激发现象变得强烈。结合已获取的微分表面激发几率利用表面Kramers-Kronig关系,对Ag,Cu和Ni的表面光学常数和介电函数进行了研究。 绪论部分介绍了几种常用的表面电子谱分析手段,说明了用反射电子能量损失谱研究表面激发的价值及意义,阐述了表面激发的研究背景。最后介绍了测量材料光学性质和电子结构的常规方法以及从反射电子能量损失谱获取表面电子结构和光学性质的方法。 第二章主要介绍了电子在固体内的输运过程,电子能谱的一般形式及处理方法,Monte Carlo方法模拟电子散射的步骤。介绍了描述弹性散射的Mott截面和非弹性散射的介电理论。 第三章介绍了分析反射电子能量损失谱的几种方法,并且分别利用这几种方法得到了非弹性微分散射截面、有效能量损失函数、微分表面激发几率和表面激发参数,比较了这几种方法的优缺点。借助KK分析得到了Zn的光学常数和介电常数。 第四章首先介绍了体光学常数的获取方法和传统KK关系在分析电子能量损失谱中的应用。介绍了最近提出的表面KK关系,并验证了表面KK关系分析表面能量损失函数的有效性和正确性。最后结合以获取的微分表面激发几率和表面KK关系,得到了Ag,Cu和Ni的表面光学常数和介电常数。 第五章总结了论文的主要工作以及研究的价值所在,对下一步工作提出了展望。

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