最新电子能谱(XPS)PPT课件.ppt

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1、电子能谱(XPS)第一节表面能级和固体能带一、固体的能带大量原子互相靠近而形成固体时，不同的电子能级，尤其是价电子能级会互相重叠形成兼并能级，转为固体能带。电子不再局限于一定的原子导带：价带：禁带：二、Feimi能级和真空能级用统计力学方法对自由电子进行处理，将大量电子看作“电子气”。用费米—狄拉克统计处理固体中的电子气时，费米函数f(E)表示给定温度下达到热平衡时电子在各个能级上的分布，电子在E能级上的占有率为：F(E)=1/(1+exp(E-EF)/kT(k为玻兹曼常数，EF为费米能级能量）根据

2、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三、电子能谱分类入射电子束和物质作用，可以激发出原子的内层电子。外层电子向内层跃迁过程中所释放的能量，可能以X光的形式放出，即产生特征X射线(用于X射线荧光分析);也可能又使核外另一电子激发成为自由电子

3、，这种自由电子就是俄歇电子。对于一个原子来说,激发态原子在释放能量时只能进行一种发射：特征X射线或俄歇电子。原子序数大的元素，特征X射线的发射几率较大;原子序数小的元素，俄歇电子发射几率较大，当原子序数为33时，两种发射几率大致相等。因此，俄歇电子能谱适用于轻元素的分析。X射线荧光X射线第二节基本原理能量关系可表示：原子的反冲能量忽略(<0.1eV）得电子结合能电子动能基本原理就是光电效应对固体样品，必须考虑晶体势场和表面势场对光电子的束缚作用，通常选取费米(Fermi)能级为Eb的参考点。0k时固

4、体能带中充满电子的最高能级对孤立原子或分子，就是把电子从所在轨道移到真空需的能量，是以真空能级为能量零点的。功函数功函数为防止样品上正电荷积累，固体样品必须保持和谱仪的良好电接触，两者费米能级一致。实测到的电子动能为：仪器功函数特征：XPS采用能量为的射线源，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采用或作激发源。与X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。

5、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。第三节紫外光电子能谱(UPS)UltravioletPhotoelectronSpectroscopy紫外光电子谱是近二十多年来发展起来的一门新技术，它在研究原子、分子、固体以及表面/界面的电子结构方面具有独特的功能。由紫外光电子谱测定的实验数据，经过谱图的理论分析，可以直接和分子轨道的能级、类型以及态密度等对照。因此，在量子力学、固体物理、表面科学与材料科学等领域有着广

6、泛地应用。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：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。1.UPS谱仪和原理紫外光电谱的理论基础仍然是光电效应，UPS谱仪的设计原理与XPS谱仪基本一样，只是将X射线源改用紫外光源作为激

7、发源。UPS谱仪主要有两种类型，一种是适用于气体UPS分析的，一种是用于固体UPS分析的。UPS谱仪中所用的紫外光是由真空紫外灯提供的。真空紫外灯的结构●HeI线是真空紫外区中应用最广的激发源。这种光子是将He原子激发到共振态后，由2P(1P)1S(1S)跃迁产生的，其自然宽度仅几个meV。He的放电谱没有其它显著干扰，可不用单色仪。●另一种重要的紫外光源是HeII线，HeII线He在放电中由离子激发态的退激发放出的光子。HeI产生时，可看到淡黄的白色，而HeII产生时，呈淡红蓝色。●同步辐射源也

8、用于紫外光电子谱的激光源。用于产生紫外光的气体一般是He,Ne等。紫外源能量/eV波长/nmHeII40.830.38HeI21.2216.8558.4373.59NeI16.6774.37ArI11.8311.62104.82106.67H(Ly)10.20121.57●在光电子能谱仪中，通过能量分析器可以把不同动能的光电子分开，从而得到紫外光电子谱。●由于稀有气体的谱线很锐，有准确的位置和明显的特征，可用于标准定标线。●对于小分子或对称性高的较大分子，紫外光电子