從20世紀(jì)60年代起，半導(dǎo)體一詞已家喻戶曉，原因是以半導(dǎo)體為材料制造的電子元器件廣泛進(jìn)入大眾的日常生活。半導(dǎo)體元件的功能是基于半導(dǎo)體材料的電子性質(zhì)，因此，研究半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性對其發(fā)展至關(guān)重要。對半導(dǎo)體材料和電池材料而言，其導(dǎo)電性與帶隙的大小有關(guān)。帶隙是導(dǎo)帶底（LUMO）和價帶頂（HOMO）的能量之差。通常帶隙越大，電子越難從價帶激發(fā)到導(dǎo)帶，電導(dǎo)率也就越低。材料帶隙的表征往往通過紫外光電子能譜(UPS)結(jié)合低能量反光電子能譜(LEIPS)的方式。這里，我們將介紹一種新的表征帶隙的技術(shù)——反射電子能量損失譜（REELS）。

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REELS 

    電子能量損失譜學(xué)是研究材料性質(zhì)的重要手段，它通過分析電子束與材料相互作用過后的非彈性散射電子的能量損失分布，獲取材料的本征信息。其原理是利用已知動能的電子束轟擊材料，入射電子經(jīng)歷和材料原子的非彈性碰撞，而發(fā)生角度偏轉(zhuǎn)與能量交換，能量交換過程來源于對材料的電子態(tài)激發(fā)，它因而包含了材料的能帶結(jié)構(gòu)信息。REELS是反射式電子能量損失譜，利用特定能量的電子束為激發(fā)源，與樣品發(fā)生非彈性碰撞后測量其反射電子的能量分布。這種能量分布包含由于激發(fā)原子態(tài)、芯能級和價帶躍遷、材料帶隙等引起的離散能量損失特征。因此，利用REELS可以進(jìn)行表面電子態(tài)、化學(xué)態(tài)分析；半導(dǎo)體帶隙的測量；H的半定量分析；碳sp2/sp3雜化的鑒定等。

圖1. REELS原理的示意圖

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應(yīng)用

     如圖2所示，對于SiO2表面，UPS結(jié)合LEIPS測試可以得到其帶隙為8.8 eV，REELS測試得到的帶隙為8.9 eV。可見，這兩種方式測量的帶隙結(jié)果非常接近。此外，表1還展示了幾種典型的半導(dǎo)體和電池材料分別利用這兩種方法測試的帶隙結(jié)果。顯然，UPS/LEIPS與REELS測量的材料的帶隙結(jié)果幾乎相同。因此，這兩種技術(shù)對帶隙的測試結(jié)果可以互相佐證、相輔相成，從而提供更加可靠的帶隙表征結(jié)果。

圖2. SiO2表面分別通過UPS/LEIPS（上）和REELS（下）獲取的能帶圖

表1：UPS/LEIPS與REELS分別測量帶隙的結(jié)果

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小結(jié)

    PHI VersaProbe系列XPS可搭載一整套UPS/LEIPS分析裝置，原位獲取材料完整的電子能帶結(jié)構(gòu)。同時也能配備REELS分析裝置，用于表征帶隙，與UPS/LEIPS相輔相成，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性?？偠灾琔PS/LEIPS聯(lián)合REELS為材料的帶隙表征提供了雙重保障。