材料方法-第8章-表面分析技术-XPS-AES-2010

《材料方法-第8章-表面分析技术-XPS-AES-2010》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第8章表面分析技术一、X射线光电子能谱(X-RayPhotoelectronSpectroscopy,XPS)1981年获诺贝尔物理学奖K.Siegbahn1、XPS基本基本概念和原理（1）光电效应(photoelectroneffect)M+hν→M+*+e-EK=hν−EB(Einstein的光电子发射公式)EB表示内层电子的轨道结合能（ElectronBindingEnergy），EK表示被入射光子所激发出的光电子的动能（ElectronKineticEnergy），hν表示入射光子（X射线或UV）能量。（3）结合

2、能将特定能级上的电子移到固体费米能级或移到自由原子或分子的真空能级所需消耗的能量。（4）化学位移化学位移的定义：由于原子所处的化学环境不同（与之相结合的元素种类和数量以及原子的化学价态）而引起的内层电子结合能的变化。化学位移是判定原子化合态的重要依据，影响化学位移的因素有是原子的初态效应和终态效应。三氟醋酸乙酯中C1s轨道电子结合能位移金属Al的电子轨道结合能2、光电子能谱分析方法光电子谱线(photoelectronlines)：XPS谱有一组谱峰和背底谱线组成，它们包含了被分析物质元素组成和结构方面非常有价值的信息，

3、如化学位移、俄歇电子谱线、电子自旋-轨道分裂、价电子结构等。（1）定性分析谱线类型的确定：光电子谱线：光电子谱线的特点是一般情况下比较窄而且对称。X射线的伴峰：一般情况下由于X射线源并非完全单一引起，同时区别Auger电子峰和X射线光电子峰。Auger谱线：由于Auger电子的动能是固定的，X射线光电子的结合能是固定的，因此，可以通过改变激发源(如Al/Mg双阳极X射线源、Mg阳极X射线源)观察伴峰位置的改变与否来确定。X射线“鬼峰”：由于X射源的阳极可能不纯或被污染，则产生的X射线不纯。“鬼峰”为非阳极材料X射线所激发

4、出的光电子谱线。能量损失峰光电子在离开样品表面的过程中有可能与表面的其它电子相互作用而损失一定的能量，从而在XPS低动能侧出现一些伴峰，即能量损失峰。Al的2s谱线及相关的能量损失线电子的振激和振离峰在光电发射中，当内层电子被激发后会形成空穴。由于内层电位发生突然变化，会引起价电子云的重新分布，结果会有一定的几率将引起价壳层电子的跃迁。如价壳层电子跃迁到更高能级的束缚态，则称之为电子的振激（Shakeup）。如果价电子被激发到连续态而成为自由电子，则称之为电子的振离（Shakedown）。不论振激还是振离都需要能量，这样

5、就使最初形成的光电子的动能下降，结果会在光电子谱主峰的低动能一边出现振激引起的分立的伴峰和振离导致的平滑的连续谱。Ne的震激和震离过程的示意图当Ne1s电子被激发后，一个2p轨道上的电子被激发到3p轨道上或者被激发成为自由电子，在XPS图上形成震激峰或者震离峰。多重分裂:外壳层拥有未配对自旋电子，体系的总角动量不为零。这时，光激发后形成的内壳层空位便将同外壳层未配对自旋电子发生耦合，使体系出现不止一个终态。相应于每个终态，在芯能级谱图上将有一条谱线，这便是光电子谱中的多重分裂。MnF2中的Mn2+的电子组态为3s23p6

6、3d5，其状态光谱项为6S(S=5/2，L=0),含有五个未成对的3d电子。当3s轨道的电子被激发并发射电子后，存在两种可能的终态，即7S和5S态。其中5S态表示电离后剩下的一个3s电子与5个3d电子自旋反平行。7S态表示电离后剩下的一个3s电子与5个3d电子自旋平行。因为只有自旋平行的电子才存在交换作用，所以7S终态的能量低于5S终态的能量。Mn2+离子的3s轨道电离时的两种终态MnF2的Mn3s电子的XPS谱两条主要谱线对应于7S和5S（1）终态，5S（2）5S（3）是由于电子相关作用引起的精细结构（2）谱线的识别（

7、1）确定经常出现的光电子峰，如C,O的光电子谱线；（2）确定Auger线；（3）根据X射线光电子谱手册中的各元素的峰位表确定其他强峰，并标出其相关峰；（4）区分多重峰、震激、震离、能量损失峰等。（5）对于p，d，f谱线的鉴别应注意它们一般应为自旋双线结构，它们应有一定的能量间隔和强度比，p线的强度比约为1:2，d线的强度比约为2:3，f线的强度比约为3:4。Fe2O3的全谱（3）定量分析常用的XPS定量方法有：标样法、元素灵敏度因子法和一级原理模型Ni的XPS谱，谱中可见明显的俄歇线4、X射线光电子能谱仪主要由X射线源、

8、样品室、真空系统、能量分析器、记录装置等组成。电子强度对电子能量的图成为电子能谱图，这一部分由仪器自动完成。固体样品的元素成分进行定性、定量或半定量及价态分析,样品表面的微区选点分析,元素成分的深度分析（角分辨方式和氩离子刻蚀方式）。固体样品表面的组成、化学状态分析，广泛应用于元素分析、多相研究、化合物结构鉴定、富集