XPS原理及使用分析課件

X射線光電子能譜分析XPSXPS—X-raysPhotoelectronSpectroscopyESCA—ElectronSpectroscopyforChemicalAnalysis1.X射線光電子能譜儀發(fā)展歷史愛因斯坦：光電效應50年代，K.Siegbahn研制成功XPS譜儀60年代，發(fā)展成為商用儀器主要：PHI公司，VG公司，Karatos公司發(fā)展方向：單色化，小面積，成像XPS一、概述1.XPS的產(chǎn)生當單色的X射線照射樣品,具有一定能量的入射光子同樣品原子相互作用：（1）光致電離產(chǎn)生光電子；（2）電子從產(chǎn)生之處遷移到表面；（3）電子克服逸出功而發(fā)射。

用能量分析器分析光電子的動能,得到的就是X射線光電子能譜。二、XPS的測量原理2.能量關系能量關系：Hν=Eb+Φs+Ek’+ErEb-電子結合能（以費米能級為零點）Φs-樣品材料的功函數(shù)Ek’-電子剛逸出表面時具有的動能Er–出射電子的反沖能由于樣品與能譜儀接觸，產(chǎn)生接觸電勢差，而在樣品表面與能譜儀之間產(chǎn)生電場，使光電子射出后在此電場中加速或減速，動能發(fā)生改變，測量到的動能與原始能量不一致。平衡時，有關系Ek

=Ek’-(Φsp-Φs)因此可得（忽略反沖能）Hν=Eb+Φsp+Ek或Ek=hν–Eb–Φsp紫外光電子能譜分析

UPS—Ultra-violetphotoelectronSpectroscopyXPS分析使用的光源陽極是Mg或Al，其能量分別是1487和1254eV。UPS的光源為氦放電燈，能量為21.2或40.8eV，其能量只能夠激發(fā)出價帶電子，因此主要用于價帶分析。3.深度剖面分析用離子束濺射剝蝕表面,用X射線光電子譜進行分析,兩者交替進行,可以得到元素及其化學狀態(tài)的深度分布。4.光電子能量損失機制光電子在射出表面的同時，可能激發(fā)固體中某些過程從而自身能量發(fā)生損失：（1）聲子激發(fā)或點陣振動能量為幾十meV，只能在高分辨譜中觀察到。（2）等離子激發(fā)（3）各種單、雙粒子激發(fā)1.X射線源X射線的產(chǎn)生X射線源的結構X射線的單色化X射線的聚焦和掃描X射線的產(chǎn)生：陰極發(fā)射電子，直流高壓電場對電子加速，高速碰撞陽極，產(chǎn)生特征X射線其中，ΔEx—X射線半寬度

ΔEe—光電子自然能量分布，與樣品材料有關（不確定關系）

ΔEs—固態(tài)寬化效應，激發(fā)光電子時產(chǎn)生晶格振動，即聲

子對譜的影響

ΔEsp—譜儀的固有分辨率

提高分辨率主要辦法是減小X射線寬度，即提高單色性。要求X射線的自然線寬小，分辨率才高測得光電子能譜的半寬度為2dsinθ=nλ2.電子能量分析器3.超高真空系統(tǒng)4.控制電路5.樣品臺6.樣品準備樣品尺寸不宜過大，一般應不大于10x10x1mm；樣品表面應大體上平整；樣品最好能夠導電；表面應作脫脂處理，絕對避免用手觸摸；原始表面應盡可能盡快測試，避免長時間在空氣中存放；粉末樣品可以壓成塊狀，或撒布在膠帶上；也可以將粉末溶解在適當溶劑中做成溶液，屠宰樣品臺上，再使溶劑揮發(fā)即成樣品；氣體、液體樣品多用冷卻法令其凝固。1.XPS定性分析是高純Al基片上沉積的Ti(CN)x薄膜的XPS譜圖，激發(fā)源為MgK譜圖解析標志介紹元素鑒別消除電荷效應光電子被激發(fā)出以后，非導電樣品上會逐漸積累正電荷，導致測量的光電子動能減小，表觀結合能正移，從而影響分析結果。辦法：（1）電子槍發(fā)射電子中和；（2）樣品表面鍍金，厚度〈1nm；（3）在導電樣品托上制