硅 • 类金属

主要 XPS 区：Si2p
重叠区：Al2p 等离激元、La4d
常见化学态的结合能：

化学态结合能 Si2p / eV
Si 单质99.4
Si3N4101.7
ZrSiO4102
有机 Si~102
铝硅酸盐102.7
SiO2103.5

硅酸盐和氮化物以 C1s 峰 (284.8eV) 为基准进行荷电校正

实验信息

  • 在存在高浓度镧的情况下，采集 Si2s 以及（或）Si2p 峰。

XPS 谱图解读

  • Si2p 峰具有间隔很小的自旋轨道分裂峰 (Δ=0.63eV)
    • 通常只需要考虑单质 Si。
      • 硅化合物的 Si2p 峰分裂可忽略。
  • 观察到两个不同的对称峰（在低通能下）或单个不对称峰（在较高通能下）。
  • 观察到的自旋轨道分裂峰谱图的分辨率会受到元素硅的结晶度/无定形特性的影响。
    • 结晶度越高，自旋-轨道分量的分辨率越高。
    • 无定形程度越高（例如，由 Ar+ 溅射引起），自旋-轨道分量的分辨率越低。

一般性注释

  • 硅是半导体制造的基础，硅晶圆是最常见的基板。
  • 硅通常具有几埃厚的天然氧化物，但确切的厚度将取决于最终表面清洁的性质。
    • 氧化物和单质峰的相对强度也会随着氧化物厚度而改变。
    • 这种影响使得 XPS 可以测量 Si 氧化物膜的厚度。
  • 经过 H 钝化或 H 封端处理过的硅，以 Si-H 键取代了表面 Si-Si 悬空键。这会防止形成表面氧化层。
  • 有机硅化合物广泛用作润滑剂和脱模剂，尤其是在聚合物材料制备中。
    • 因此，可能会在聚合物表面观察到痕量硅。
    • 也可能存在于与其他表面接触过的其他材料上，如聚乙烯袋。
    • 下方谱图来自典型的“原样”工业 PET 薄膜，显示了 Si 污染物（硅氧烷）。

关于此元素

符号：Si
发现日期：1787年
名称来源：拉丁语 silex
外观：深灰色，略带蓝色
发现者：Antoine Lavoisier
来源：二氧化硅或硅酸盐

熔点：1414 K
沸点：2900 K 密度 [kg/m3]：2.33
摩尔体积：12.06 × 10-6 m3/mol 质子/电子：14
中子：14
壳层结构：2,8,4
电子构型：[Ne]3s23p2
氧化态：4
晶体结构：立方晶体

硅存在于太阳和星体中，是第二丰富的元素，占地壳的四分之一以上。硅对动物和植物都很重要。但如果吸入硅尘，可引起严重的肺部疾病硅肺病。这种粉尘是硅最常见的形式，呈银灰色，略带蓝色。硅是玻璃、铝合金和钢等多种材料的重要成分，可用于制造砖块或混凝土、计算机芯片以及各种医疗应用中的硅胶植入物。

应用资料

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