部分电子产额探测器研制及其在电子结构研究中的应用

Near-edge X-ray absorption fine structure （NEXAFS）spectroscopy based on synchrotron radiation is an important experimental method to investigate the electronic structures, which can improve the understanding of the microscopic mechanism and macroscopic characteristics of the material. The partial electronic yield (PEY) mode using an MCP detector is useful and practical to obtain a surface-sensitive spectrum. However, the typical electron detector has serious problems, such as low signal-to-noise ratio and fluorescence X-ray interference. In this proposal, according to the guidelines on new techniques and methodologies for the beamline, a new PEY detector for NEXAFS will be designed and fabricated to overcome the aforementioned problems. The grids will be modified to improve the surface sensitivity and signal-to-noise ratio by excluding positive gas particles. An electrostatic-deflection-lens will be added to eliminate fluorescence interference by bending the trajectory of emitted electrons. Combined this developed PEY detector with a total electron yield (TEY) detector and a total fluorescent yield (TFY) detector, a useful soft X-ray absorption spectroscopy detection system will be constructed to obtain depth profiling analysis of electronic structure from surface to bulk of a sample simultaneously.

基于同步辐射的软X射线吸收谱学技术是研究材料电子结构的重要实验手段，有助于提高对材料微观机理和宏观特性的理解。其中部分电子产额（PEY）模式是一种表面灵敏的探测方式，但是常规的PEY探测器存在信噪比差和易受荧光干扰的问题。本项目针对大科学装置联合基金“培育项目”中的光束线的新技术和方法学研究，发展用于近边X射线吸收精细结构谱学（NEXAFS）的部分电子产额探测技术，通过优化探测器栅极结构阻止真空腔体中的气体正离子进入MCP来提高其表面灵敏度和信噪比，通过引入静电偏转透镜改变电子的运动轨迹来消除荧光干扰。利用多种探测模式的互补性，联合部分电子产额（PEY）、全电子产额（TEY）和全荧光产额（TEY）三种探测模式，实现无损条件下同时对样品表面到体相电子结构的深度剖析，为材料的构效关系研究提供强有力的实验技术。

基于同步辐射的软X射线吸收谱学技术是研究材料电子结构的重要实验手段，有助于提高对材料微观机理和宏观特性的理解。目前国内同步辐射装置的软X射线吸收谱学主要是通过探测样品电流来收集信号的全电子产额模式。部分电子产额（PEY）模式是一种更加表面灵敏的探测方式，但是常规的PEY探测器存在信噪比差和易受干扰的问题。本项目针对大科学装置联合基金“培育项目”中的光束线的新技术和方法学研究，发展用于近边X射线吸收精细结构谱学（NEXAFS）的部分电子产额探测技术和优化探测器来提高其表面灵敏度和信噪比。.在本项目的支持下开展部分电子产额探测器研究，发展了一种高表面灵敏和低成本的用于同步辐射软X射线吸收谱学的部分电子产额探测装置，解决了谱图的信噪比较差和外界干扰的问题，该研制成果已经申请发明专利一项。软X射线PEY探测器安装在国家同步辐射实验室的催化与表面科学实验站，并依托实验站对平台用户开放运行，为用户研究材料的表界面性质提供了更加表面灵敏的探测方法。同时，在本项目的支持，开展了硫化锑太阳能电池的研究工作，通过对硫化锑掺杂显著提升器件的光电转换效率和稳定性，实现了基于Sb2(S,Se)3的太阳能电池10.5％的光电转换效率，为以后发展高效率无机硒硫化锑太阳能电池奠定了基础。