《X射线光电子谱》PPT课件

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1、电子能谱学华南理工大学材料科学与工程学院电子能谱包括根据激发源的不同，电子能谱又分为:X射线光电子能谱(简称XPS)(X-RayPhotoelectronSpectrometer)紫外光电子能谱(简称UPS)(UltravioletPhotoelectronSpectrometer)俄歇电子能谱(简称AES)(AugerElectronSpectrometer)特征：XPS用能量为1000～1500eV的射线源，能激发内层电子。各种元素内层电子的结合能是有特征性的，因此可以用来鉴别化学元素。UPS采用HeI(21.2eV)或HeII(40.8eV)作激发源。与X

2、射线相比能量较低，只能使原子的价电子电离，用于研究价电子和能带结构的特征。AES大都用电子作激发源，因为电子激发得到的俄歇电子谱强度较大。光电子或俄歇电子，在逸出的路径上自由程很短，实际能探测的信息深度只有表面几个至十几个原子层，光电子能谱通常用来作为表面分析的方法。一、基本原理电子能谱法：光致电离；A+hA+*+eh紫外(真空)光电子能谱hX射线光电子能谱hAuger电子能谱单色X射线也可激发多种核内电子或不同能级上的电子，产生由一系列峰组成的电子能谱图，每个峰对应于一个原子能级（s、p、d、f）；紫外光电子能谱ultravioletphotoele

3、ctronspectroscopy*紫外光外层价电子自由光电子（激发态分子离子）入射光能量h=I+Ek+Ev+ErI外层价电子电离能；Ev分子振动能；Er分子转动能。紫外光源：HeI(21.2eV)；HeII(40.8eV)I>Er；高分辨率紫外光电子能谱仪可测得振动精细结构；紫外光电子谱是利用能量在16-41eV的真空紫外光子照射被测样品，测量由此引起的光电子能量分布的一种谱学方法。忽略分子、离子的平动与转动能，紫外光激发的光电子能量满足如下公式：由于光源能量较低，线宽较窄（约为0.01eV),只能使原子的外层价电子、价带电子电离，并可分辨出分子的振动能

4、级,因此被广泛地用来研究气体样品的价电子和精细结构以及固体样品表面的原子、电子结构。M+*→M++h(荧光X射线)M+*→M++e(Auger电子)两个过程竞争；双电离态；三(或两)个能级参与；标记：KLILII；LMIMII等；H、He不能发射Auger电子；Auger电子能谱AugerphotoelectronspectroscopyAuger电子X射线激发电子X射线光电子能谱（XPS）由于各种原子轨道中电子的结合能是一定的，因此XPS可用来测定固体表面的化学成分,一般又称为化学分析光电子能谱法（ElectronSpectroscopyforChemica

5、lAnalysis，简称ESCA）。与紫外光源相比，射线的线宽在0.7eV以上，因此不能分辨出分子、离子的振动能级。在实验时样品表面受辐照损伤小，能检测周期表中除H和He以外所有的元素，并具有很高的绝对灵敏度。因此是目前表面分析中使用最广的谱仪之一。光电离几率和电子逃逸深度自由电子产生过程的能量关系：h=Eb+Ek+Er≈Eb+EkEb：电子电离能(结合能)；Ek：电子的动能；Er：反冲动能光电离几率(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；轻原子：1s/2s≈20重原

6、子：同壳层随原子序数的增加而增大；电子逃逸深度：逸出电子的非弹性散射平均自由程；：金属0.5~2nm；氧化物1.5~4nm；有机和高分子4~10nm；通常：取样深度d=3；表面无损分析技术；电子结合能原子在光电离前后状态的能量差：Eb=E2–E1气态试样：Eb=真空能级–电子能级差固态试样：(选Fermi能级为参比能级)Eb=h–sa–Ek'≈h–sp–EkFermi能级：0K固体能带中充满电子的最高能级；功函数：电子由Fermi能级自由能级的能量；每台仪器的sp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

7、性基础。电子结合能二、X射线光电子能谱分析法X-rayphotoelectronspectroscopy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。1.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L小的峰强；(J=L±S；自旋裂分峰)2.谱峰的物理位移和化学位移物理位移：固体的热效应与表面荷电的作用引起的谱峰位移化

8、学位移：原子所处化学环境