现代材料分析方法7xps

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1、X射线光电子谱(XPS)X-rayPhotoelectronSpectroscopyXPS引言X射线光电子谱是重要的表面分析技术之一。它不仅能探测表面的化学组成，而且可以确定各元素的化学状态，因此，在化学、材料科学及表面科学中得以广泛地应用。X射线光电子能谱是瑞典Uppsala大学K.Siegbahn及其同事经过近20年的潜心研究而建立的一种分析方法。他们发现了内层电子结合能的位移现象，解决了电子能量分析等技术问题，测定了元素周期表中各元素轨道结合能，并成功地应用于许多实际的化学体系。K.Siegbahn给这种谱仪取名为化学分析电子能谱(ElectronSpectroscopyfo

2、rChemicalAnalysis)，简称为“ESCA”，这个名词强调在X射线电子能谱中既有光电子峰也包含了俄歇峰，在分析领域内广泛使用。随着科学技术的发展，XPS也在不断地完善。目前，已开发出的小面积X射线光电子能谱，大大提高了XPS的空间分辨能力。XPS引言XPS光电效应CorelevelshValancebandEFEVBindingEnergyKineticEnergyCharacteristicPhotoelectron当入射光子的能量hν明显超过原子的芯电子束缚能Eb时，可引起光电子发射。光电子的动能EK取决于：入射光子的能量hν谱仪的功函数Φsp芯电子束缚能Eb

3、EK=hν-Eb-ΦspXPSX射线光电子谱仪XPSX射线光电子谱仪在一般的X射线光电子谱仪中，没有X射线单色器，只是用一很薄(1〜2m)的铝箔窗将样品和激发源分开，以防止X射线源中的散射电子进入样品室，同时可滤去相当部分的轫致辐射所形成的X射线本底。将X射线用石英晶体的(1010)面沿Bragg反射方向衍射后便可使X射线单色化。X射线的单色性越高，谱仪的能量分辨率也越高。同步辐射源是十分理想的激发源，具有良好的单色性，且可提供10eV〜10keV连续可调的偏振光。N7N6N5N4N3N2N1

4、4f7/24f5/24d5/24d3/24p3/24p1/24s1/2M5M4M3M2M1L3L2L1K3d5/23d3/23p3/23p1/23s1/22p3/22p1/22s1/2

5、1s1/2电子能级、X射线能级和电子数典型XPS谱a:MOCVD制备的HgCdTe膜典型XPS谱Fe的清洁表面XPSX射线光电子谱仪的能量校准荷电效应用XPS测定绝缘体或半导体时，由于光电子的连续发射而得不到足够的电子补充，使得样品表面出现电子“亏损”，这种现象称为“荷电效应”。荷电效应将使样品出现一稳定的表面电势VS，它对光电子逃离有束缚作用。XPSX射线光电子谱仪的能量校准荷电效应考虑荷电效应有：其中ES=VSe为荷电效应引起的能量位移，使得正常谱线向低动能端偏移，即所测结合能值偏高。荷电效应还会使谱锋展宽、畸变，对分析结果产生一定的影响。XPSX射线光电子谱仪的能量校准

6、荷电效应-中和法制备超薄样品；测试时用低能电子束中和试样表面的电荷，使Ec<0.1eV，这种方法一方面需要在设备上配置电子中和枪，另一方面荷电效应的消除要靠使用者的经验。荷电效应-内标法在实验条件下，根据试样表面吸附或沉积元素谱线的结合能，测出表面荷电电势，然后确定其它元素的结合能。这种方法的缺点是对溅射处理后的样品不适用。另外，金可能会与某些材料反应，公布的C1s谱线的结合能也有一定的差异。XPSXPS中的化学位移化学位移由于原子所处的化学环境不同而引起的内层电子结合能的变化，在谱图上表现为谱峰的位移，这一现象称为化学位移。化学位移的分析、测定，是XPS分析中的一项主要内容，是判

7、定原子化合态的重要依据。XPSXPS中的化学位移XPSXPS中的化学位移XPSXPS中的化学位移等效原子实因为原子的内层电子被原子核所紧紧束缚，所以，可以认为价电子受内层电子电离时的影响与在原子核中增加一个正电荷所受的影响是一致的，即原子实是等效的。XPSXPS中的化学位移化学位移的经验规律同一周期内主族元素结合能位移随它们的化合价升高线性增加；而过渡金属元素的化学位移随化合价的变化出现相反规律。分子M中某原子A的内层电子结合能位移量同与它相结合的