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06 XPSnull第六章表面成分分析－ X射线光电子能谱（XPS）第六章表面成分分析－ X射线光电子能谱（XPS）光电子能谱基本原理化学位移 X射线光电子能谱仪 X射线光电子能谱的分析方法 X射线光电子能谱的应用 6.1 光电过程机理光线与物质的相互作用6.1 光电过程机理光线与物质的相互作用反射（能量不损失）吸收（能量转化为热能）光电离（转化为电子） M+hV－－》M+ ＋ e 一般为单电子过程只要光子能量足够，可以激发出所有轨道电子。null 光电子的产生 — 光电效应在高真空系统中，...

null第六章表面成分分析－ X射线光电子能谱（XPS）第六章表面成分分析－ X射线光电子能谱（XPS）光电子能谱基本原理化学位移 X射线光电子能谱仪 X射线光电子能谱的分析方法 X射线光电子能谱的应用 6.1 光电过程机理光线与物质的相互作用6.1 光电过程机理光线与物质的相互作用反射（能量不损失）吸收（能量转化为热能）光电离（转化为电子） M+hV－－》M+ ＋ e 一般为单电子过程只要光子能量足够，可以激发出所有轨道电子。null 光电子的产生 — 光电效应在高真空系统中，采用单色光源（Mg K1 = 1253.6 eV）去照射固体样品，使样品中的电子受到激发而发射出来光电子发射过程光电子的产生（入射光子与物质作用，光致电离产生光子）光电子的运输（光电子自产生处运输到物质表面）光电子的逸出（克服表面势垒而发射到物质外的真空中去）null光电子能谱的标识：光电子能谱中谱线的标识采用元素符号与光电子所在的原能级符号：如C 1s、Si 2p、Au 4f7/2 在具体分析X光电子能谱时，重点分析最强的一条谱线光电子发射能量关系光电子发射能量关系h – 入射光子能量 Eb –电子结合能或电离能 Ek – 光电子动能 s – 逸出功（功函数） A – 非弹性损失能量光电子的能量光电子的能量用X射线照射固体时，由于光电效应，原子的某一能级的电子被击出物体之外，此电子称为光电子。如果X射线光子的能量为hν，电子在该能级上的结合能为Eb，射出固体后的动能为Ek，则它们之间的关系为： hν=Eb+Ek+s +A 式中s为功函数，它表示固体中的束缚电子除克服各别原子核对它的吸引外，还必须克服整个晶体对它的吸引才能逸出样品表面，即电子逸出表面所做的功。上式可另表示为： Eb＝hν-Ek-s-A 可见，当入射X射线能量一定后，若测出功函数和电子的动能，即可求出电子的结合能。由于只有表面处的光电子才能从固体中逸出，因而测得的电子结合能必然反应了表面化学成份的情况。这正是光电子能谱仪的基本测试原理。SiC样品的XPS全扫描谱SiC样品的XPS全扫描谱XPS 结合能XPS 结合能在XPS分析中，由于采用的X射线激发源的能量较高，不仅可以激发出原子价轨道中的价电子，还可以激发出芯能级上的内层轨道电子，其出射光电子的能量仅与入射光子的能量及原子轨道结合能有关。因此，对于特定的单色激发源和特定的原子轨道，其光电子的能量是特征的。当固定激发源能量时，其光电子的能量仅与元素的种类和所电离激发的原子轨道有关。因此，我们可以根据光电子的结合能定性分析物质的元素种类。6.2 化学位移 6.2 化学位移化学位移概念虽然出射的光电子的结合能主要由元素的种类和激发轨道所决定，但由于原子内部外层电子的屏蔽效应，芯能级轨道上的电子的结合能在不同的化学环境中是不一样的，有一些微小的差异。这种结合能上的微小差异就是元素的化学位移，它取决于元素在样品中所处的化学环境。一般，元素获得额外电子时，化学价态为负，该元素的结合能降低。反之，当该元素失去电子时，化学价为正，XPS的结合能增加。利用这种化学位移我们可以分析元素在该物种中的化学价态和存在形式。元素的化学价态分析是XPS分析的最重要的应用之一。nullXPS能谱仪的构成真空系统（10-7~10-9 Pa）；单色激发光源（X光源、紫外光源）；溅射离子枪源(Ar+)或电子源 : 离子清洗和深度刻蚀能量分析系统电子控制系统数据采集和处理系统X射线光电子能谱仪结构框图 6.4 X射线光电子能谱的分析方法6.4 X射线光电子能谱的分析方法XPS定性分析 XPS定量分析 XPS价态分析 XPS深度剖析 XPS指纹峰分析6.4-1 XPS的定性分析 6.4-1 XPS的定性分析 XPS定性分析依据 XPS产生的光电子的结合能仅与元素种类以及所激发的原子轨道有关。特定元素的特定轨道产生的光电子能量是固定的，依据其结合能就可以标定元素；从理论上，可以分析除H，He以外的所有元素，并且是一次全分析，范围非常广。6.4-2定量分析过程6.4-2定量分析过程表面分析：获得样品表面的全扫描谱获得各元素的高分辨谱由高分辨谱的面积和散射因子求的各元素的原子百分比或质量百分比深度剖析利用离子溅射，获得不同深度处各元素的高分辨谱由高分辨谱的面积和散射因子求的各元素的原子百分比或质量百分比所有测试和分析都由计算机及配套软件完成6.4-4 离子束溅射深度分析6.4-4 离子束溅射深度分析分析原理是先把表面一定厚度的元素溅射掉，然后再用XPS分析剥离后的表面元素含量，这样就可以获得元素沿样品深度方向的分布。

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