JYT013—1996电子能谱仪方法通则

MV_RR_CNJ_0013电子能谱仪方法通则1.电子能谱仪方法通则的说明编号JY/T 013—1996名称(中文)电子能谱仪方法通则(英文) General rules for electron spectroscopic analysis归口单位国家教育委员会起草单位国家教育委员会主要起草人黄惠忠 金永漱批准日期 1997年1月22日实施日期 1997年4月1日替代规程号无适用范围本通则规定了电子能谱的一般表面分析方法，适用于具有X射线光电子能谱(XPS或ESCA)、俄歇电子能谱(AES)和二次离子质谱(SIMS)功能的电子能谱仪。

定义主要技术要求 1.2. 方法原理3. 仪器4. 样品5. 分析步骤6. 分析结果的表述是否分级无检定周期(年)附录数目无出版单位科学技术文献出版社检定用标准物质相关技术文件备注2.电子能谱仪方法通则的摘要本通则规定了电子能谱的一般表面分析方法，适用于具有X射线光电子能谱(XPS或ESCA)、俄歇电子能谱(AES)和二次离子质谱(SIMS)功能的电子能谱仪。

第一章XPS和AES分析3 定义3.1X射线光电子能谱3.1.1X射线光电子能谱 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)一种表面分析技术，即化学分析电子能谱(Electron spectroscopy for chemical analysis，ESCA)。

通过测量在单色(或准单色)X射线照射下，材料表面所发射的光电子能谱来获取表面化学成分、化学态、分子结构等方面的信息。

3.1.2特征X射线 Characteristic X－rays电离原子发射的光子。

它具有特定的能量分布以及该原子化学环境和原子序数的强度特征。

3.1.3结合能 Binding energy将电子从给定的电子能级移到参照能级，如费米能级(固体)或真空能级(气体)，所必须消耗的功。

3.1.4峰宽Peak width，FWHM背底以上峰高一半处与基线平行的峰宽度。

3.1.5化学位移 Chemical shift因原子的化学环境改变而引起的光电子峰能的变化。

3.1.6功函数 Work function将一个电子从样品的费米能级移到真空能级克服势垒所必须消耗的功。

3.1.7俄歇参数 Auger parameter一定能量的光子辐照下，能谱中最强的俄歇峰的动能减去同一元素最强光电子峰的动能。

可用于鉴别元素的化学态。

3.1.8修正的俄歇参数 Modified Auger parameter俄歇参数加光子能量。

它等于最强俄歇峰的动能加上同一元素最强光电子峰的结合能。

3.1.9光电发射 Photoemission因光电效应引起的原子或分子的电子发射。

3.1.10光电截面 Photoelectric cross－section射入材料的光子从给定能级产生一个光电子的几率，以每单位事件的面积表示。

3.1.11荷电参照(线) Charge reference样品组分或外加元素的标准谱线能量。

可用来校正稳态荷电效应。

3.1.12碳内标法 Internal carbon referencing将实验测得的样品中某一特定碳基团的Cls峰结合能，与该碳基团的标准结合能相比较来确定样品荷电电位的方法，检测时一般选用样品中的碳氢基团。

3.1.13信背比 Signal-to-background ratio，S/B对某一谱峰而言，指背底以上该峰的最大计数与背底之比。

3.1.14元素灵敏度因子 Elemental sensitivity factor对典型均匀环境中的原子，其谱峰相对于某标准原子峰(如Fls)的峰强。

设样品均匀，则以峰高或峰面积表示的强度除以相应的灵敏度因子，给出被测原子的相对数目。

3.1.15多重分裂 Multiplet splitting因光电发射产生的未配对电子与原子中其他未配对电子相互作用引起的光电子谱线的分裂。

3.1.16携上Shake－Up lines or shake-Up satellites由光电过程产生的光电子，在此过程中，终态离子处于激发态，光电子的特征能量略低于正常光电子的能量。

3.1.17曲线分解Curve resolving含有重叠峰的谱图中组成峰的推定，也称为曲线拟合或峰拟合。

3.1.18退卷积 Deconvolution一种数学处理方法，在于：①去除对峰的线宽有贡献的某些因素，如X射线线宽、分析器增宽等；②通过对谱的退卷积以除去能量损失背底。

3.1.19分析器通能 Analyzer pass energy，Analyzer transmission energy电子能量分析器中，允许通过分析器并被计数的电子平均动能，也称分析器透射能量。

3.1.20固定分析器透射能量FAT Fixed analyzer transmission能量分析器的一种工作方式，改变对电子的减速电位，并保持在整个分析器中，通能恒定。

3.1.21固定减速比FRR Fixed retarding ratio能量分析器的一种工作方式，通过改变分析器前透镜组元的减速电位和分析器通能来分析电子动能，使分析器通能是动能的恒定百分值。

3.2俄歇电子能谱3.2.1俄歇电子能谱 Auger electron spectroscopy(AES)一种表面分析技术，通过测量俄歇电子的能谱来获取表面化学成分、化学态和分子结构等方面的信息。

3.2.2俄歇电子 Auger electron俄歇过程发射的电子3.2.3俄歇过程 Auger process内壳层有空位的原子通过发射电子而弛豫的过程。

3.2.4俄歇跃迁 Auger transition产生俄歇电子发射的跃迁，由有关的三个壳层来表示。

第一个字母表示含有初始空位的壳层，后两个字母表示含有因俄歇发射而产生空位的壳层(如KLM和LMN)。

涉及键合电子时，则采用字母V(如LMV和KVV)。

涉及的某一亚壳层为已知时，用下标表明(如KL1L2)。

更为复杂的俄歇过程(如多重初始电离和其他电子激发)可用一划线(如LL—VV和K—VVV)将始态和终态隔开来表示。

当俄歇过程涉及来自与初始空位同一主壳层的电子时(如L1L2M)，称为科斯特尔─克隆尼希(Coster-Kroning)跃迁。

若两个电子均来自与初始空位主量子数相同的壳层(如M1M2M3)，则称为超科斯特尔─克隆尼希跃迁。

3.2.5俄歇电子产额 Auger electron yield特定内壳层有空位的某个原子因俄歇过程而弛豫的几率。

3.2.6电离截面 Ionization cross－section入射到气体或固体的粒子产生电离碰撞的几率。

3.2.7俄歇峰能量 Auger peak energy俄歇电子能量分布的表示，在dN(E)/dE谱中，俄歇峰能量应为俄歇特征线的负峰位置。

在N(E)谱中峰能量则为峰顶位置[dN(E)/dE谱中的俄歇峰能量与N(E)谱中的俄歇峰能量并不相同]。

3.2.8俄歇化学位移 Auger chemical shift因原子化学环境改变而引起的俄歇峰能量变化。

3.2.9俄歇化学效应 Auger chemical effects因化学键合引起的元素俄歇峰能量或俄歇谱线形状的任何变化。

3.2.10俄歇基体效应Auger matrix effects由于发射俄歇电子的元素的物理环境(如非晶态/晶态、薄层/厚层或粗糙/平滑表面)改变，而不是因为化学键或浓度改变而导致俄歇谱(如线型或信号强度)的任何变化。

3.2.11俄歇信号强度 Auger signal strengths在dN(E)/dE谱中，信号强度以俄歇特征线的峰—峰高度度量。

在N(E)谱中俄歇信号强度用背底以上的俄歇峰高或峰面积度量。

3.2.12信噪比 Signal-to-noise ratio，S/N俄歇信号(背底以上)与其相隔一定距离的高动能端的噪声(必须说明噪声测量方法，如rms 或 p-p 等)之比。

3.2.13电子逸出深度 Electron escape depth垂直于表面的距离(nm)。

在此处，电子没有因非弹性散射过程而引起明显的能量损失，其逸出几率下降到原值的e－1(36.8％)。

3.2.14俄歇线扫描 Auger line scan俄歇信号强度沿着样品表面某指定线的分布图，一般是由入射电子束在样品表面作线性扫描，同时记录作为位置函数的某一特定俄歇跃迁的信号强度而画出。

3.2.15俄歇像 Auger map显示来自某特定元素的俄歇电子在样品表面发射位置的二维像，一般是由入射电子束在样品表面作光栅式扫描，同时记录作为位置函数的某一特定俄歇跃迁的信号强度而画出的。

3.2.16溅射深度剖面图 Sputter depth profile用离子轰击的方法使材料溅射剥离而测得的成分沿深度分布的剖面图。

3.2.17深度分辨 Depth resolution剖面分析两种介质间的理想锐界面时，信号从16％增大至84％(或从84％降至16％)时的深度范围。

3.2.18相对俄歇元素灵敏度因子Relative Auger elemental sensitivity factor在相同测量条件下，单元素的某个给定俄歇跃迁的信号强度，与所选标准元素(如银)俄歇信号强度之比。

4 方法原理用某种激发源(如X射线或电子束)照射样品后，从样品发射出电子(光电子或俄歇电子)，测定其数目和能量，画出其强度按能量(动能或结合能)的分布图，称为电子能谱，用以完成此任务的实验装置称为电子能谱仪。

从谱线的峰位、峰形和强度(即峰的面积或高度)，便可判定样品表面的化学组成、化学态和分子结构等。

5 仪器5.1仪器组成电子能谱仪装置由激发源、样品室、能量分析器、探测器和数据处理系统(包括记录仪和计算机等)及超高真空系统等组成。

5.1.1激发源X射线光电子能谱采用软X射线作为激发源，通常使用Mg/Al双阳极靶，MgKαX射线能量为1253.6eV，半高宽为0.7eV，AlKαX射线能量为1486.6eV，半高宽为0.85eV，可在控制台上选择所需的靶。

双阳极靶所产生的X射线除Kα外还有其他线，它们可导致谱图上出现一些附加的峰，引起识谱困难。

为了滤去伴线而得到单一的KαX射线，可使用单色器，经单色化后的AlKαX射线半高宽达0.4eV或更小。

当然X射线强度也将衰减近十倍。

原则上只要能电离原子的内壳层的任何源都可用来激发俄歇电子，但在俄歇电子能谱仪中常采用电子枪，电子束能一般在2keV～10keV范围，束斑为50nm～1mm，或更小。

电子枪产生的电子束易于聚然和偏转，使用中可方便地改变束斑大小和实现扫描。

5.1.2能量分析器能量分析器的作用是测量电子数与能量的函数关系。