[发明专利]一种高效高分辨率的反光电子能谱实现装置

说明书

本发明提供了一种高效高分辨率的反光电子能谱实现装置，其特征在于：包括真空腔体、真空抽气装置、电子产生发射装置、样品固定装置、光子收集和传输装置和高分辨率光栅光谱分析仪器；所述电子产生发射装置的一端插入所述真空腔体内；所述真空抽气装置连接所述真空腔体；所述样品固定装置的一端在所述真空腔体内；所述高分辨率光栅光谱分析仪器设置在所述光子收集和传输装置上。一种高效高分辨率的反光电子能谱实现装置，所述高分辨率光栅光谱分析仪器替换为深紫外窄带滤波片和光子能量探测器；所述深紫外窄带滤波片和光子能量探测器相连。本发明的有益效果是：能够更高效地收集反光电子效应产生的光子，有效地提高系统的分辨率。

技术领域

本发明涉及材料物理能谱分析仪器领域，特别涉及一种高效高分辨率的反光电子能谱实现装置。

背景技术

材料的电子结构直接决定材料的热学、光学、电输运等物理性质，是材料科学、凝聚态物理等学科的重点研究对象，对材料应用也至关重要，特别是大量电子器件性能都与其材料的导带与价带结构息息相关。所以，精确测量材料的电子结构非常重要，合适的材料可以大幅提升电子器件的性能，拓宽仪器的应用范围。

光电子能谱是一种被广泛运用于精确测量材料电子结构的方式，取得了瞩目的成果。利用光电效应的原理，测量单色光辐射从样品上打出来的光电子的动能、光电子强度和电子的角分布，并应用这些信息来研究原子、分子、凝聚相，尤其是固体表面的电子结构的技术。大量的工作集中在使用X射线光电子能谱和紫外光电子能谱，用于研究价带电子能带结构以及功函数信息等等。然而，由于材料本身的电子一般都处于价带内，光电子能谱不能直接研究导带的能级结构，而导带的能级结构信息对整个电子器件性能至关重要，急需一种方式对导带结构进行实时直接测量。

反光电子能谱技术能够弥补光电子能谱的不足，可以直接用于测量材料导带的电子结构。反光电子能谱的基本物理过程与光电效应相反，特定动能的自由电子入射到材料表面，复合到材料导带的能级中，再向下跃迁到另一个导带的能级中。这个跃迁的过程同时满足偶极跃迁、能量守恒、动量守恒的原理，因而通过测量电子所激发出来的光子谱就能够得到固体未占据的导带的电子结构。

根据反光电子发射的不同试验方法，反光电子能谱主要分为角分辨反光电子能谱和自旋分辨反光电子能谱等等。角分辨反光电子能谱是通过改变入射电子束与样品法线的夹角，来确定材料的能带色散关系曲线；自旋分辨反光电子能谱则是把入射的电子进行极化，能够直接测量导带电子能级中空穴的自旋信息。根据光子探测器的种类，又可分为两种工作模式：光谱分光法和单色测量模式。光谱分光法固定入射电子动能，通过光栅对发出的光子进行能谱分析，然后用电子倍增管进行光子计数；单色测量模式改变入射电子动能，用很窄能量带宽的紫外光子盖格探测器对电子激发的光子进行测量。

以有机太阳能电池的研发为例，对异质结的界面能级结构有了全面而准确的了解，就能对有机分子和无机电极材料的界面能级进行调整，从而优化载流子的传输和在电极界面的输运过程，优化光伏效应中电子-空穴分离过程，从而大幅度提高其能量转换效率。而反光电子能谱正是研究导带能级结构的有效手段。

但是反光电子能谱的有效截面远远小于光电能谱，其发展和应用就比较困难，远远落后与光电子能谱。如在真空紫外光的能段，反光电子能谱的有效截面近乎是光电子能谱的10^-5倍，相对来说信号非常弱，难以检测。因此，商业化的反光电子能谱仪能量分辨率一般都大于0.5eV，国外实验室中能达到的分辨率也仍然高于0.12eV，而0.1eV的导带电子结构变化就可能导致能量传输效率量级的差异。

故市场亟需一种能够更高效地收集反光电子效应产生的光子，有效地提高系统的分辨率的反光电子能谱实现装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种高效高分辨率的反光电子能谱实现装置，本发明的技术方案是这样实施的：