avantage软件简单数据处理教程
Avantage_-_定量分析与数据处理方法
z z z
实用XPS定量方法可以概括为标样法，元素灵敏度因子法和一 级原理模型。 标样法需制备一定数量的标准样品作为参考，且标样的表面 结构和组成难于长期稳定和重复使用，故一般实验研究均不 采用。目前XPS定量分析多采用元素灵敏度因子法。该方法利 用特定元素谱线强度作参考标准，测得其它元素相对谱线强 度，求得各元素的相对含量。
1、定量分析基础：一级原理模型
z
从光电子发射的“三步模型”出发，将所观测到的谱线强度和激 发源，待测样品的性质以及谱仪的检测条件等统一起来考虑，形成 一定的物理模型。 由于模型涉及较多的因素，目前还缺乏必要精度的实验数据， 因此一级原理模型计算还未得到真正应用。
I ij = K ⋅ T ( E ) ⋅ Lij (γ ) ⋅ σ ij ⋅ ∫ ni ( z ) ⋅ e
定义峰-本底类型及误差
z
Linear: 定义峰的的起点和终点间直线本底扣除方法。 通常在峰两端本底高度差别不大时适用。
定义峰-本底类型及误差
Shirley: 适用于峰两端较 为平坦的台阶状峰形本底。
•
定义峰-本底类型及误差
z
Smart: 源于Shirley本底，但会反复调整本底位置使得本 底不会跑到数据曲线之上。当对有较宽能量范围的双峰 进行定量时这是十分有用的。
Avantage界面
工具栏 Peak Table Fit Table
实验树
属性对话框 多窗口数据 显示区
AvantageXPS分析软件基本分析方法
AvantageXPS分析软件基本分析方法1．进行全扫描
2．进行含量的精确计算3．进行分类拟合
在全图上用[ID]进行
全部扫描，此时为自
动扫描，还可以用ID
进行手动扫描，找到
自己觉得从在的元
素，进行寻找
在add peak中的smart（扣
背景）模式下进行精确计算，
选择要计算的高分辨扫描图，
选择高分辨扫描图，进行平滑处理（不进行add peak 处理），找峰，与相关元素的标准结合能进行比较，在中输入偏移的数值（注意查看是正偏移还是负偏移），之后在smart模式下进行拟
合（加峰add peak，按自己分析的此种元素可能存在的形式），蓝色为拟合后的线，越接近红线越好。
4．查图的信息
选中所要看的图的信息，点中，即可获取相关的图的信息
5．数据及图像导出
用选择数据存储目录以及存储格式，将数据导入Origin中进行作图。
Avantage_-_定量分析与数据处理方法
3
3、定量分析方法步骤
z
z
z
z
z
扣除背景 z 线性, Shirley, Smart（Tougaard） 测量峰面积 z 必要时进行峰拟合 应用传输函数 z 随不同的仪器而变 应用灵敏度因子 z 随不同元素(及厂商)而变 计算原子浓度
定义峰-本底类型及误差
z
z
z z
定义峰：为进行定量分析而计算峰面 积，就要确定峰的起点和终点，此两 点间的本底将被扣除。定义峰的起点 和终点位置对于定量计算的精确性是 重要的。 在实际加峰到谱峰表(Peak Table)中 之前，必须要考虑选取不同的本底类 型及其可能带来的误差。 有四种本底扣除的方法可选：Linear, Shirley，Tougaard和Smart。 应根据谱峰的实际峰型和情况来正确 选取本底类型
z
λ值有多大 (nm)?
z
对元素硅 λm=0.41(aE)0.5 monolayers (元素) λm= 8 monolayers
换算成nm: λn=aλm z (a3 =(A/1000ρnNA)) z A= 原(分)子量, ρ = 密度, n=分子中原子数 NA = Avogadro’s 常数
z
定义峰-本底类型及误差
z
Linear: 定义峰的的起点和终点间直线本底扣除方法。 通常在峰两端本底高度差别不大时适用。
定义峰-本底类型及误差
Shirley: 适用于峰两端较 为平坦的台阶状峰形本底。
•
定义峰-本底类型及误差
z
Smart: 源于Shirley本底，但会反复调整本底位置使得本 底不会跑到数据曲线之上。当对有较宽能量范围的双峰 进行定量时这是十分有用的。
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应用Avan ge 软件进行XPS谱图处理步骤
应用Avantage 软件进行XPS 谱图处理步骤一、 打开处理软件双击桌面上Avantage 图标二、 载入谱图数据Open files ——选择需要处理的vgp.格式的数据文件，打开相应的XPS 谱图。
三、 XPS 谱图处理1. 荷电位移（Charge Shift ）a. 先用鼠标指针选中C1s 谱图，读出当前C1s 谱图上C —C 键的C1s 结合能位置，以C1s=284.8eV 为参考值，记录下当前的荷电位移。
b.选中所有XPS谱图（包括Survey谱图及元素的窄扫谱图），即点击谱图框左上角的小方块。
c.对XPS谱图进行荷电位移：选择工具栏中的“charge shift”图标，在弹出的窗口中选中“shift by amount”，然后在“shift by：”中输入荷电位移值，再选择“+eV”或“-eV”，最后点击“Close”关闭窗口。
2.扣除X射线伴峰（Satellite Subtraction）—此步骤仅适用于双阳极XPSa.用鼠标指针选中某个元素的窄扫谱图，然后点击工具栏中的“Satellite Subtraction”图标。
b. 在弹出的窗口中选择本底类型为“Smart ”，勾选“Subtract Background First ”，然后点“Subtract Satellites ”。
（注意XPS 测试时双阳极的类型是Mg?还是Al?）c. 重复以上扣伴峰的步骤，将所有元素的窄扫谱图都进行X 射线伴峰的扣除，最后点击“Close ”关闭窗口。
3. 定量（Quantification ）a. 先选中双竖线指针，在需要定量的各个元素的窄扫谱图中分别选取定量范围。
注意：定量范围的起点与终点应选在本底较平滑的位置。
b. 用鼠标+Ctrl 键选中所有需要定量的元素窄扫谱图，然后进行加峰，即点击工具栏中“Add Peak ”图标。
在弹出的窗口中选取“Peak Background ”类型为“Smart ”，然后点击“Add To All ”对所有元素进行定量加峰。
Avantage 数据处理方法
Sn
Ta Te Tl V W Y Zn Zr
285.2
284.8 284.8 285.4 285.1 285.0 286.7 285.8 285.9
284.8
284.6 284.2 285.2 285.2 285.1 286.7 284.9 285.4
0.4
0.2 0.6 0.2 -0.1 -0.1 ±0.0 0.9 0.5 [FO] [FO] [FO]
其中
x = log10(KE/PE), KE为电子动能，PE为通过能(Pass Energy)
y = log10[Peak Area/(PE*XSF)]
惰性气体外标：向样品注入Ar作外标物有良好 的效果。
Ar具有极好的化学稳定性，适合于Ar离子溅射后和 深度剖面分析，且操作简便易行。
荷电校正方法
內标法：利用样品材料中已知状态主成分元 素的结合能值作为参考值进行荷电校准。
碳內标：含碳材料
石墨：284.5 eV Hydrocarbon(芳香) ：284.6 eV Hydrocarbon(脂肪) ：285.0 eV
Avantage: 数据处理方法
2014X射线光电子能谱冬季学苑
麻茂生
主要内容(Outline)
谱图的一般处理 定量分析方法 谱峰拟合方法 深度剖析数据处理方法
一、谱图的一般处理
数据平滑：Savitzky-Golay, 高斯或傅立叶 本底去除：线性, Shirley, Tougaard，Smart 微分与积分 谱图比较/覆盖 (Light Box Compare) Spike Edit 能量去卷积（Deconvolution） 校正荷电位移
衬底参考
涉及导电衬底上的薄膜研究工作，常以导电衬底元素 的结合能作为绝缘覆盖层材料的参考。
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7、+键可以选择放大的区间，右边x键为关闭放大， 放大后发现并非Ag的一对3d峰，可判断无Ag
7
8、判断无Ag峰后，点击Ag，点击键盘delete键删掉 9、原子含量为全谱的含量，有一定参考值，但是步长 较大，定量没有窄谱准确。
8
10、manual peak ID 页面下有ID by element ，即选中一种元素，该元素所有峰会出现在谱图中 9
3、将要分析数据文件拖至该区域， 或者从file中open
3
4、未选中分析谱图时，analysis按钮为灰色 4
5、全谱分析，点击survey可分析全谱含有什么元素，显示结果见下一页 5
5、分析出材料含有C、O,可能含有Ag，不是很确定的元素（一般含量较少），软件会打问号？？？ 6、点击放大键，可查看是否有Ag峰
23
其他疑问，以及数据处理下次再 补充。如有疑问，可以qq联系。
24
21
23、双峰拟合结果比单峰可靠，两个峰的峰宽相等，两峰之间差值软件会依照元素自动更改。 22
24、数据导出。先选中要保存的数据（可全选），如果只选中一种元素，其他数据不会被保存。
（1）点击Reporting
（2）点击report options （3）选择要保存的位置。这 步操作完数据还没有被保存， 只是选择了保存位置。 （4）点击report to，数据被保存。
Thermo Avantage 软件数据的简单处理（依照数字标号）
1-4、 在Avantage软件中打开分析数据 5-9、 全谱分析 10-11、峰的判断 12-13、手动增加峰 14、 抠背底 15、 相对含量计算 16-21、单峰拟合 22-23、双峰拟合 24、 数据的导出
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14、抠背底功能。选择窄谱（一个或者多个），点击红色方框，即可完成抠背底，背底范围以及抠背底方式同样可以选择。
15、相对含量计算，想比较几种元素的相对含量，就选择几种元素窄谱，抠背底，仪器自动计算出各种元素相对含量。
元素相对含量
16、数据拟合。抠背底后，无法对数据进行拟合，因为拟合过程包含抠背底，二者相矛盾。所以如果数据想要拟合，无需 抠背底，如果已经抠背底，选择红色方框区域，点击删除即可。
19、自动拟合结果显示如下图。不一样的碳的结合能差值可判断碳是哪种化学态的碳，可更改名称。 每一种碳的相对含量
20、最小值一般为碳碳键，依照其他碳与碳碳键的差别可判断出其他碳峰的归属。
21、如果要对拟合的结果进行调整，点击红色方框peak fit，同时可以对窄谱中峰进行移动，增加半峰宽或者增加峰强等操作。
（1）点击Reporting
（2）点击report options （4）点击report to，数据被保存。
其他疑问，以及数据处理下次再 补充。如有疑问，可以qq联系。
17、数据单峰拟合。数据单峰拟合即一次增加一个峰的拟合方式，点击红色方框add single peak ，软件自动跳至下一个峰， 觉得谱图有几个峰，点击增加即可，这步完成后点击左上角Fit peaks，进入下一步。
18、点击红色方框，软件自动对结果进行拟合。软件自动拟合有一定的局限性，可以拟合后再进一步优化。
7、+键可以选择放大的区间，右边x键为关闭放大， 放大后发现并非Ag的一对3d峰，可判断无Ag
8、判断无Ag峰后，点击Ag，点击键盘delete键删掉
9、原子含量为全谱的含量，有一定参考值，但是步长 较大，定量没有窄谱准确。
10、manual peak ID 页面下有ID by element ，即选中一种元素，该元素所有峰会出现在谱图中
Avantage定量分析与数据处理方法
相对灵敏度因子)
电离截面计算值(Scofield)
Scofield vs. Wagner?
两数据库都在用 – 但对同一套数据可能有不同结果!! 它们必须以稍有不同的方式来使用
Scofield – 理论灵敏度因子数据库, 基于 C1s = 1 为此我们需要增加一项来说明分析的深度 (即 λ 并通常取 KE0.6)
z 树的结构与视窗资源管理器中的目 录结构类似。实验树的项可以象视 窗资源管理器中文件或文件夹的操 作方式那样来进行复制和粘贴或从 其它实验中输入。
z 一旦实验建立，这一强大的特性使 得仪器能够完全无人照料地运行。
1.2、对象属性
z 一旦确定了树的结构，每 一个对象的属性也就定义 好了。这些可以通过选择 适当的对象并显示属性对 话框来实现。
注册表和实验数据文件中，在数据定量计算时直接调用。
Avantage V2.16版本之后，传输函数乘以了通过能和0.01的因子。对 于以相同通过能采集的数据来说，此变化被抵消，对原子浓度计算
没有任何影响。此变化对在不同通过能下采集的数据可以进行更好
的定量。
1 13
因此
TF = 10y * PE * 0.01 = TXFN
C-C 6
C-O 2
O=C-O 2
Counts / s
7.00E+04 6.00E+04
C1s Scan
C1s -CH
5.00E+04
4.00E+04 3.00E+04 2.00E+04
C1s =OOH C1s -OH
1.00E+04
C1s Sat
应用Avantage 软件进行XPS谱图处理步骤.doc
应用Avantage 软件进行XPS谱图处理步骤应用应用Avantage软件进行软件进行XPS谱图处理步骤谱图处理步骤一、一、打开处理软件打开处理软件双击桌面上Avantage图标二、二、载入谱图数据载入谱图数据Openfiles——选择需要处理的vgp.格式的数据文件，打开相应的XPS谱图。
三、三、XPS谱图处理谱图处理1.荷电位移（ChargeShift）a.先用鼠标指针选中C1s谱图，读出当前C1s谱图上C—C键的C1s结合能位置，以C1s=284.8eV为参考值，记录下当前的荷电位移。
读取当前C1s结合能位置①②③b.选中所有XPS谱图（包括Survey谱图及元素的窄扫谱图），即点击谱图框左上角的小方块。
c.对XPS谱图进行荷电位移：选择工具栏中的“chargeshift”图标，在弹出的窗口中选中“shiftbyamount”，然后在“shiftby：”中输入荷电位移值，再选择“+eV”或“-eV”，最后点击“Close”关闭窗口。
2.扣除X射线伴峰（SatelliteSubtraction）—此步骤仅适用于双阳极XPSa.用鼠标指针选中某个元素的窄扫谱图，然后点击工具栏中的“SatelliteSubtraction”图标。
b.在弹出的窗口中选择本底类型为“Smart”，勾选“SubtractBackgroundFirst”，然后点“SubtractSatellites”。
（注意XPS测试时双阳极的类型是Mg?还是Al?）c.重复以上扣伴峰的步骤，将所有元素的窄扫谱图都进行X射线伴峰的扣除，最后点击“Close”关闭窗口。
3.定量（Quantification）a.先选中双竖线指针，在需要定量的各个元素的窄扫谱图中分别选取定量范围。
注意：定量范围的起点与终点应选在本底较平滑的位置。
b.用鼠标+Ctrl键选中所有需要定量的元素窄扫谱图，然后进行加峰，即点击工具栏中“AddPeak”图标。
在弹出的窗口中选取“PeakBackground”类型为“Smart”，然后点击“AddToAll”对所有元素进行定量加峰。
Avantage 数据处理方法
[FO]
元素 Nb Ni Pb Pd Re Rh Sb Sc Se Si Sn Ta Te Tl V W Y Zn Zr
C (1s) BE of Hydrocarbons
自然氧化物 离子刻蚀金属
285.1
284.9
285.4
284.9
285.6
285.2
285.3
284.2
284.5
285.0
284.6
Savitzky-Golay，其次可采用高斯函数。 当平滑点数取谱图中可分辨的最窄峰的FWHM
所含的数据点数时，Savitzky-Golay函数效 果最佳，失真低。
2、本底去除
在XPS谱中，通常为较小的谱峰叠加在大的 本底之上。如果要检查谱峰的细节，在某些 情况下就需要进行本底去除（如定量时测量 谱峰强度时）。
最简单的本底去除方法是在用户感兴趣的谱 峰两端指定点间作直线—线性。
线性本底通常误差较大，是非物理的。 线性本底的改进涉及到的物理真实逼近—
Shirly本底。
线性本底
非线性本底 - Shirley Method
使用最普遍的非线性背景扣除方法
该方法认为能量损失是常数, 谱线上任 一点由非弹性散射电子引起的背景, 只 来源于更高动能电子的散射, 正比于更 高动能的积分光电子强度(面积)
原子百分数的计算
归一化面积(NA)由谱峰面积(IA)来计算
NA = IA /NF
因而样品中任一元素的原子浓度由下式算出:
CA = (At%)A = (NA/(NA + NB + NC..)) X 100 或
CA
N A 100 Ni
1
i
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2.1、灵敏度因子
应用Avantage 软件进行XPS谱图处理步骤.doc
应用Avantage 软件进行XPS谱图处理步骤应用应用Avantage软件进行软件进行XPS谱图处理步骤谱图处理步骤一、一、打开处理软件打开处理软件双击桌面上Avantage图标二、二、载入谱图数据载入谱图数据Openfiles——选择需要处理的vgp.格式的数据文件，打开相应的XPS谱图。
三、三、XPS谱图处理谱图处理1.荷电位移（ChargeShift）a.先用鼠标指针选中C1s谱图，读出当前C1s谱图上C—C键的C1s结合能位置，以C1s=284.8eV为参考值，记录下当前的荷电位移。
读取当前C1s结合能位置①②③b.选中所有XPS谱图（包括Survey谱图及元素的窄扫谱图），即点击谱图框左上角的小方块。
c.对XPS谱图进行荷电位移：选择工具栏中的“chargeshift”图标，在弹出的窗口中选中“shiftbyamount”，然后在“shiftby：”中输入荷电位移值，再选择“+eV”或“-eV”，最后点击“Close”关闭窗口。
2.扣除X射线伴峰（SatelliteSubtraction）—此步骤仅适用于双阳极XPSa.用鼠标指针选中某个元素的窄扫谱图，然后点击工具栏中的“SatelliteSubtraction”图标。
b.在弹出的窗口中选择本底类型为“Smart”，勾选“SubtractBackgroundFirst”，然后点“SubtractSatellites”。
（注意XPS测试时双阳极的类型是Mg?还是Al?）c.重复以上扣伴峰的步骤，将所有元素的窄扫谱图都进行X射线伴峰的扣除，最后点击“Close”关闭窗口。
3.定量（Quantification）a.先选中双竖线指针，在需要定量的各个元素的窄扫谱图中分别选取定量范围。
注意：定量范围的起点与终点应选在本底较平滑的位置。
b.用鼠标+Ctrl键选中所有需要定量的元素窄扫谱图，然后进行加峰，即点击工具栏中“AddPeak”图标。
在弹出的窗口中选取“PeakBackground”类型为“Smart”，然后点击“AddToAll”对所有元素进行定量加峰。
Avantage_-_定量分析与数据处理方法
−z
λ ( E ) cos θ
dz ⋅
其中: Iij为i元素j峰的面积，K为仪器常数，T(E)为分析器的传输函数， Lij(γ)是i元素j轨道的角不对称因子，σij为表面i元素j轨道的的光电离截 面，ni(z)为表面i元素在表面下距离z处的原子浓度，λ(E)为光电子的非弹 性平均自由程，θ是测量的光电子相对于表面法线的夹角。 此外，样品 表面粗糙度，检测面积，电子探测器效率等。
i
3
3、定量分析方法步骤
z
z
z
z
z
扣除背景 z 线性, Shirley, Smart（Tougaard） 测量峰面积 z 必要时进行峰拟合 应用传输函数 z 随不同的仪器而变 应用灵敏度因子 z 随不同元素(及厂商)而变 计算原子浓度
定义峰-本底类型及误差
z
z
z z
定义峰：为进行定量分析而计算峰面 积，就要确定峰的起点和终点，此两 点间的本底将被扣除。定义峰的起点 和终点位置对于定量计算的精确性是 重要的。 在实际加峰到谱峰表(Peak Table)中 之前，必须要考虑选取不同的本底类 型及其可能带来的误差。 有四种本底扣除的方法可选：Linear, Shirley，Tougaard和Smart。 应根据谱峰的实际峰型和情况来正确 选取本底类型
[例] PET的定量分析
7.00E+04 C1s Scan
C1s-C 6 C-O 2 O=C-O 2
6.00E+04 5.00E+04 Counts / s 4.00E+04 3.00E+04 2.00E+04 1.00E+04 0.00E+00 294 292 290 288 286 284 282 280 Binding Energy (eV)
Avantage 数据处理方法
不同仪器得出的灵敏度因子之间的归一化 (比如 CMA和HAS之间 )
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一般使用下列两个数据库: (客户也可产生其自己的数据库, 大多数不必)
Scofield – 理论灵敏度因子数据库, 基于 C1s = 1 (即一定量的光子作用到样品上后所产生光电子 数目的一个相对计算值)
法计算面积P和Q, 为此首先用常数背
景 B1 作为初值, 计算出P、Q后再计
算出新的背景, 如B2, 如此反复迭代,
直至收敛为止。
Smart backgroun
Smart本底源自于Shirley本底，但反复调整本底位置 使得本底不跑到数据曲线之上。 这尤其适用于有较宽能 量范围的双线谱峰定量。
Shirley background
从光电子发射的“三步模型”出发，将所观测到的谱线强度和激发 源，待测样品的性质以及谱仪的检测条件等统一起来考虑，形成一 定的物理模型。 由于模型涉及较多的因素，目前还缺乏必要精度的实验数据，因 此一级原理模型计算还未得到真正应用。
z
Iij K T E Lij ( ) ij ni (z) e (E)cosdz
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。
荷电效应的来源主要是样品的导电性能差。 荷电电势的大小同样品的导电性、厚度、表面粗糙度，
284.0*
285.0
284.4
285.9
286.8*
284.3*
应用Avantage 软件进行XPS谱图处理步骤
应用Avantage 软件进行XPS 谱图处理步骤一、 打开处理软件双击桌面上Avantage 图标二、 载入谱图数据Open files ——选择需要处理的vgp.格式的数据文件，打开相应的XPS 谱图。
三、 XPS 谱图处理1. 荷电位移（Charge Shift ）a. 先用鼠标指针选中C1s 谱图，读出当前C1s 谱图上C —C 键的C1s 结合能位置，以C1s=284.8eV 为参考值，记录下当前的荷电位移。
b.选中所有XPS谱图（包括Survey谱图及元素的窄扫谱图），即点击谱图框左上角的小方块。
c.对XPS谱图进行荷电位移：选择工具栏中的“charge shift”图标，在弹出的窗口中选中“shift by amount”，然后在“shift by：”中输入荷电位移值，再选择“+eV”或“-eV”，最后点击“Close”关闭窗口。
2.扣除X射线伴峰（Satellite Subtraction）—此步骤仅适用于双阳极XPSa.用鼠标指针选中某个元素的窄扫谱图，然后点击工具栏中的“Satellite Subtraction”图标。
b. 在弹出的窗口中选择本底类型为“Smart ”，勾选“Subtract Background First ”，然后点“Subtract Satellites ”。
（注意XPS 测试时双阳极的类型是Mg?还是Al?）c. 重复以上扣伴峰的步骤，将所有元素的窄扫谱图都进行X 射线伴峰的扣除，最后点击“Close ”关闭窗口。
3. 定量（Quantification ）a. 先选中双竖线指针，在需要定量的各个元素的窄扫谱图中分别选取定量范围。
注意：定量范围的起点与终点应选在本底较平滑的位置。
b. 用鼠标+Ctrl 键选中所有需要定量的元素窄扫谱图，然后进行加峰，即点击工具栏中“Add Peak ”图标。
在弹出的窗口中选取“Peak Background ”类型为“Smart ”，然后点击“Add To All ”对所有元素进行定量加峰。