康派斯检测集团-综合性第三方权威检测机构-您身边的检测专家！
首页 加入收藏 联系我们 400-9621-929

电子能量损失谱 (EELS)

电子能量损失光谱（EELS）是一种强大的显微分析技术，广泛应用于材料科学领域，特别是在纳米尺度材料的特性研究中。EELS通过分析与样品相互作用后的电子能量分布，能够提供关于材料的化学组成、电子结构和光学性质等关键信息。在半导体及电子器件领域，EELS能够测量材料的带隙变化，这对于理解器件性能至关重要。在陶瓷和高温超导体研究中，EELS揭示了晶体/非晶界面的

阅读：10135+ 时间：2024-09-23 源于：84 作者：ccpst 电话：400-9621-929

电子能量损失光谱（EELS）是一种强大的显微分析技术，广泛应用于材料科学领域，特别是在纳米尺度材料的特性研究中。EELS通过分析与样品相互作用后的电子能量分布，能够提供关于材料的化学组成、电子结构和光学性质等关键信息。在半导体及电子器件领域，EELS能够测量材料的带隙变化，这对于理解器件性能至关重要。在陶瓷和高温超导体研究中，EELS揭示了晶体/非晶界面的原子和电子结构，对材料的力学和热性能有重要影响。碳基材料，如石墨烯、碳纳米管和富勒烯，其独特的电子和光学性质也可以通过EELS进行深入研究。此外，EELS在聚合物和生物标本的分析中也显示出其独特的优势，能够识别和测量微量元素浓度。EELS技术的进步，尤其是在减少辐射损伤和提高空间分辨率方面，进一步增强了其在材料科学中的应用潜力。

1.半导体及电子器件

随着半导体器件向纳米尺寸缩小，TEM-EELS在研究其材料特性方面变得越来越有用。例如，了解器件内半导体或电介质的带隙如何变化是很重要的。除非提供的能量超过直接带隙(通常为1ev或更多)，否则半导体或绝缘体中的偶极子跃迁不会发生。因此，能量损失谱应该显示为零强度，随后在带隙能量Eg处急剧上升，从而提供Eg的测量。

在实践中，有两个问题。首先，在薄样品中，零损耗峰非常强，其尾部可以延伸到几个电子伏特。

通过使用配备单色仪的TEM和将平行记录光谱仪设置为足够高的能量色散(低电子伏特/通道)，可以最小化这些尾。即便如此，通常需要通过拟合和减法或傅立叶比反卷积来去除高e尾。

有研究者通过对强度上升与其之前的背景进行线性拟合，从交点选取Eg，实现了测量不同厚度SiO2薄膜带隙的一致性。

2.陶瓷和高温超导体

在Si3N4结构陶瓷中，力学和热性能受晶体/非晶界面的原子和电子结构的控制，其中可能发生原子间混合和重阳离子的部分排序。

研究者利用EELS获得了β-Si3N4SiO2界面上光原子的位置信息。图8a显示了原子分辨率的亮场图像，显示了晶体β-Si3N4和非晶态SiO2之间存在短程有序。为了识别沿界面和跨界面的成分，在80 kV(避免辐射损伤)下，通过光栅扫描像差校正探针进行原子分辨EELS，同时在每个像素处收集光谱(0.05 s)。图8d, e显示了同时获取的z -对比度图像中从六个不同位置获取的Si-L23边缘。

在所有六个位置的硅信号都显示出Si-N和Si-O键的特征(Si3N4和SiO2参考光谱的峰a、b和c)，但在位置1、2、3和4显示出更强的Si-O键，因为105eV的峰(标记为b)更明显。在位置4和6的Si信号，代表终止Si3N4结构的两端，有细微的不同特征，表明不同的键合特征。为了进一步研究，O和N k边与Si L23边同时获得，并通过在40 ev窗口内积分这些信号，计算元素O/N比，如图8g所示。

3.碳基材料

当石墨样品的厚度减少时，体等离子体(7和27 eV)的峰值最终会发生红移，在单石墨烯层的情况下约为5和14.5 eV。这些变化与使用局部密度泛函码的计算结果基本一致(。它们也可以被视为从体等离子体到表面等离子体的变化，记住两个表面模式是高度耦合的，并且色散使峰值依赖于q。

单层石墨烯的面外模式(q||c)趋近于零，其π等离子激元呈现线性色散。对于两层材料也观察到线性色散，但对于三层材料则更接近于二次色散。单层材料的电子衍射图不存在高阶劳厄带，且随试样取向变化不大。当入射电子能量超过60 keV时，石墨烯会受到撞击过程的破坏。

碳纳米管是一种卷起来的石墨烯片，上面覆盖着类似富勒烯的末端结构，存在于单壁(SWCNT)和多壁(MWCNT)形式。单壁碳纳米管π共振能量(15 eV)接近单层石墨烯，呈现线性色散，而4 eV以下的带间跃迁则不表现色散。随着壁厚的增加，介电性能越来越接近石墨。

富勒烯是在由碳蒸气凝聚而成的煤烟中发现的，它是由弯曲成球形或椭球形的石墨状薄片组成的分子。固体形式(富勒石)可以用苯提取，或者通过将沉积物升华到衬底上以形成薄膜。C60富勒石的能量损失谱在25.5 eV处有一个主(σ +π)等离子体峰，在6.4 eV处有一个π共振峰，还有几个副峰。

金刚石结合了高硬度，导热性和折射率(2.4)，非常低的导电性和对可见光的透明度。天然钻石是根据红外光谱进行分类的:与II型钻石不同，I型钻石含有相当数量的氮，要么是分离的(Ia型)，要么是分散的(Ib型)。

在薄样品中，发生在碳k边前约5 eV的强度小幅上升(例如，图5.37)更为突出，并且可能与石墨表面层的带隙或π *水平内的表面状态有关。使用空间差分EELS检测到当电子束被放置在位错附近时，在前边缘区域有额外的强度，这可能表明激发到缺陷或杂质状态。在金刚石的{111}自由表面存在一层氧，这是根据对反射模式能量损失光谱中的氧k边的观察推断出来的。

4.聚合物和生物标本

光谱成像在光谱采集后提供了广泛的数据操作的可能性。例如，它允许分割用于测量特定细胞器中的小浓度元素。可以通过检查主要成分(C、N、O)的k边来识别相似组成的区域，并将这些区域的光谱相加，为测量平均微量元素浓度提供足够的统计数据。

5.辐射损伤和钻孔

辐射损伤为电子束分析的空间分辨率提供了一个基本的物理限制，因此最小化这种损伤是很有意义的。。

电子在TEM样品中经历弹性和非弹性散射。100 mrad以下的弹性散射，用于形成衍射图案和亮场图像，涉及可忽略的能量传递(<0.1 eV)，并且不会损坏样品。然而，通过较大角度散射的电子可以传递几个电子伏特的能量，如果入射能量超过某个阈值，则会导致位移(或撞击)损伤。

高角度散射是一种罕见的事件，因此撞击损伤仅在高电子剂量(典型>1000 C/cm2)下才重要，并且仅在导电材料(特别是金属)中才值得注意，在那里高密度的自由电子可以防止辐射分解造成的损伤。其结果是晶体内或晶界处原子的永久位移和从样品表面去除原子(电子诱导溅射)。在后一种情况下，薄碳表面涂层已被证明在有限的时间内有效地保护试样。

扫一扫收藏到手机

猜你喜欢换一批


咨询
电话
留言
微信
在线人工客服

7*12专业工程师在线解答，提供专业检测方案。
投诉与建议

我们倾耳而听，您的每次反馈都将被认真对待。

查看更多联系、反馈方式
售前咨询

售前电话咨询

400-9621-929

售后咨询

售后服务热线

029-88452780

预约专家 请专家与您联系
专业工程师服务，2小时拿方案
康派斯检测集团微信二维码

扫一扫 微信号：15529346814