《X射线光电子能谱》PPT课件

《《X射线光电子能谱》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第七章X射线光电子能谱X射线光电子能谱(XPS)X-rayPhotoelectronSpectroscopy化学分析电子能谱(ESCA)ElectronSpectroscopyforChemicalAnalysis——表面元素化学成分和元素化学态分析的分析技术应用范围☼各种复合材料表面分析及界面分析☼各种固体材料表面的成分分析及元素化学态分析☼各种薄膜表面与界面分析☼器件、产品质量分析及剖析☼金属氧化与腐蚀☼各种固体表面化学问题的测定,等等。优点及特点：⑴固体样品用量小，不需要进行样品前处理，从而避免了引入或丢失元素所造成的误分析⑵表面灵敏度高，

2、一般信息深度10nm⑶分析速度快，可多元素同时测定⑷可以给出原子序数3-92的元素信息，以获得元素成分分析⑸可以给出元素化学态信息，进而可以分析出元素的化学态或官能团⑹样品不受导体、半导体、绝缘体的限制等⑺是非破坏性分析方法。结合离子溅射，可作深度剖析基本原理用一束具有一定能量的X射线照射固体样品，入射光子同样品相互作用，光子被吸收而将其能量转移给原子的某一壳层上被束缚的电子，此时电子把所得能量的一部分用来克服结合能和功函数，余下的能量作为它的动能而发射出来，成为光电子，这个过程就是光电效应。XPS的工作原理：电离放出光电子X-ray样品能量分

3、析器检测器（记录不同能量的电子数目）光电子产生过程：e-hν(X-ray)A(中性分子或原子)+hν(X-ray)A+*（激发态的离子）+e-(光电子)基本原理XPS方法的基础是爱因斯坦光电定律，对于自由分子和原子，应有Ek=h－Eb－W式中h――入射光子能量（已知值）Ek――光电过程中发射的光电子的动能（测定值）Eb――内壳层束缚电子的结合能（计算值）W――谱仪的功函数（已知值）KLM内层电子价电子带费米能级真空能级样品与仪器接地电子结合能原子在光电离前后状态的能量差：Eb=h–W’–Ek'≈h–W–EkFermi能级：0K固体能带中充

4、满电子的最高能级；功函数：电子由Fermi能级真空能级的能量；每台仪器的W’固定，与试样无关，约3~4eV；Ek’可由实验测出，故计算出Eb后确定试样元素，定性基础。X射线光电子能谱仪的基本构造数据处理系统能量分析器探测器X射线源AlK或MgK超高真空系统优于10-9mbar光电子样品电子能谱仪介绍X射线源双阳极X射线源在XPS谱仪中，一般采用双阳极X射线源。常用的激发源:MgKX射线，光子能量为1253.6eV。线宽可达到0.7eV。AlKX射线,光子能量为1486.6eV。线宽可达到0.9eV。减少X射线的线宽，AlK线宽可以从0

5、.9eV减少到0.25eV。X射线的线宽越窄得到的XPS峰越窄，可以得到更好的化学态的信息；消除X射线中的干扰部分，即X射线伴峰和韧致辐射产生的连续背景；X射线源使用单色器后，热源远离样品，可以避免热辐射导致样品损伤；用单色器可以将X射线聚焦成小束斑，可以实现高灵敏度的小面积的XPS测量；使用单色器只有被分析的区域受到X射线的辐射，可以实现多样品分析，也可以在同一稳定性差的样品上进行多点分析。X射线单色器：电子能量分析器(1)半球型电子能量分析器改变两球面间的电位差，不同能量的电子依次通过分析器；分辨率高；(2)筒镜式电子能量分析器（CMA)同轴

6、圆筒，外筒接负压、内筒接地，两筒之间形成静电场；灵敏度高、分辨率低；二级串联；对半球型分析器而言：其分辨率为：检测器产生的光电流：10-3～10-9mA；电子倍增器作为检测器；单通道电子倍增器；多通道电子倍增器；真空系统光源、样品室、电子能量分析器、检测器都必须在高真空条件下工作；真空度：1.3310-6Pa。光电离几率光电离几率(光电离截面)：一定能量的光子在与原子作用时，从某个能级激发出一个电子的几率；与电子壳层平均半径，入射光子能量，原子序数有关；电子结合能与入射光子能量越接近越大；轻原子：半径越小的壳层越大。1s/2s≈20

7、重原子：同壳层随原子序数的增加而增大；原子序数壳层最强线所在亚壳层（能级）3-12K1s13-33L2p34-66M3d67-71N4d72-92N4fAlKα射线激发出的最强光电子线光电子的能量分布曲线：采用特定元素某一X光谱线作为入射光，实验测定的待测元素激发出一系列具有不同结合能的电子能谱图，即元素的特征谱峰群；谱峰：不同轨道上电子的结合能或电子动能；伴峰：X射线特征峰、Auger峰、多重态分裂峰。谱峰出现规律(1)主量子数n小的峰比n大的峰强；(2)n相同，角量子数L大的峰比L小的峰强；(3)内量子数J大的峰比J小的峰强；由于当角量子数

8、l>0时会产生自旋-轨道耦合作用，使得处于同一壳层的电子能级发生分裂，因此，对于的l>0能级，XPS都呈现双峰。这种分裂可以用内量子数j