X-光线电子光谱ESCA

ESCA的原理 的原理
A + hV A+ + e-
EK = hV - Eb
ESCA的原理 的原理
ESCA可與濺鍍槍搭配，亦可將表面打薄進行縱 深分析。由於ESCA所使用之激發能量來自X光， 對物質表面的破壞力較小，因此適用於有機材料、 高分子材料之分析。又由於ESCA所產生之空間 電子荷效應較小，對非導體物質的分析亦適用。 因此是為材料研究不可或缺的工具之一。
介紹ESCA的結構 的結構 介紹
結構示意圖： ESCA裝置共有真空系統、激發光源、試片操縱 裝置、電子能量分析器及數據擷取五大項，如 下圖所示：
ESCA中的真空系統 ESCA中的真空系統
電子光譜儀的真空系統有兩種基本功能。
1.使樣品室和分析器保持一定的真空度。
2.降低活性殘餘氣體的分壓。
ESCA的激發光源 的激發光源
X-光線電子光譜 光線電子光譜(ESCA) 光線電子光譜 (electron spectroscpoy for chemical analysis)
指導老師:吳 指導老師 吳 坤 憲 老師 學生:朱 學生 朱 羿 帆19323034 巫 致 瑋19323035 黃 世 賢19323037
目錄
前言 介紹X-光線 介紹 光線 介紹有關X-光線的分析儀器 介紹有關 光線的分析儀器 介紹分析儀器偵測的原理特性 介紹X-光線電子光譜 光線電子光譜(ESCA) 介紹 光線電子光譜 電子能譜儀(ESCA)機器實體 電子能譜儀 機器實體 ESCA的特性 的特性 ESCA 提供的分析技術
a:清 氧化1 a:清潔表面 b:1bar O2、403。 K氧化1小時
在催化研究中的應 在催化研究中的應用
合成氨催化劑的 Fe2P3/2芯能級的結合 能隨還原程度 a→f而 變化。
鑑定奈米零價鐵微粒及所吸附鉻 離子之成份
鉻溶液種類 Cr(NO3)3 CrO3 K2CrO4 K2CrO7 ESCA分析 Fe: 32.2 Cr: 67.8 Fe:23.4 Cr:76.6 Fe:20.0 Cr:80.0 Fe:28.0 Cr:72.0
電子能譜儀(ESCA)機器實體 電子能譜儀(ESCA)機器實體 (ESCA)
多功能ESCA設備機器實體 多功能ESCA設備機器實體 ESCA
ESCA的特性 ESCA的特性
XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) 偵測元素: H, He 以外的所有元素. 偵測極限: 0.5 ~ 0.05 atomic % 分析/取樣深度: 5 ~ 10 A X-Ray 光束最小直徑: <= 10um 非破壞性分析
Байду номын сангаас
ESCA 應用在表面組成分析
ESCA 應用在表面組成分析
銀的ESCA分析能譜 分析能譜 銀的
銀的X光光電子能譜 銀的 光光電子能譜
SiO2經ESCA分析污染源的成分
Ni- 合金的Ni2p Ni-P合金的Ni2p3/2 X光電子能譜
金屬態的鎳Ni 屬態的 較 高 氧 化 態 的 鎳 Ni3+
spectrometer)： ： TXRF。
介紹X-光線電子光譜 介紹 光線電子光譜(ESCA) 光線電子光譜
化學分析電子儀 (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis ,ESCA;又稱X-光線電子能譜， XPS，X-ray Photoelectron Spectroscopy) 。 主要是用來研究固體表面的化學組成及其化學組 態。如同歐傑電子儀 (Auger Electron Spectrometer, AES)，化學分析電子儀是一種對 試片表面特性靈敏度非常高的一種分析儀器。
光電效應的發現
１８８７年德國著名物理學家赫茲 物理學家赫茲是電磁波的 物理學家赫茲 發現者.在偶然的實驗中發現一個不是靜電或電 磁的現象，後來引起了學者廣泛的討論，許多 國家的物理學家紛紛投到此效應的研究中來。 １８８８年到１８９８年，這些研究逐漸提示 了光電效應的本質。
何謂光電效應(Photoelectric Effect) 何謂光電效應
介紹X-光線 介紹 光線
X-光線在1895年侖琴先生研究陰極射線管時，發 現在毫無光線的情況下，實驗室中有螢光物質發 出螢光而發現。 (因為所謂螢光物質即是高能粒子打入才會發光) 侖琴先生做了各項實驗，例如用木板、書本...阻 擋，發現螢光物質仍會發光，顯示此種物質穿透 力極高，後使用金屬板，發現此種射線可被金屬 所阻。由於當時不知此種特殊射線之性質， 遂稱之為[X-RAY]
結論
ESCA分析的應用領域涉及目前熱門的陶瓷材料 分析、半導體材料分析、各種材料斷面的成分分 析，以及導電有機無機高分子與生化薄膜的研究 分析，應用範圍日廣且深，為急需且實用的研究 設備，實值得研議。
我們報告就此結束 謝謝 E N D
前言
柏傑格瑞(Bergengren)在1920年曾下了個結論： 物質裏的特定原子於特定波長時吸收X光，其內 層電子游離化所需改變X光輻射能的大小取決於 原子的價狀態(Valence state)或其電子的組態 (Bonding state)；但是早期的光電子光譜儀 (Photoelectron spectroscopy)的儀器製造上，並不 能達到如X光譜儀( X-ray Spectroscopy)般良好的分 析能力(Resolution)和靈敏度(Sensitivity)，所以不 能被實際應用。
應用範圍
內層和價層電子 價電子 歐傑電子
ESCA常用的 光線激發源 常用的X光線激發源 常用的
ESCA中的X光線激發 源主要由燈絲、柵級、 陽極靶構成的。 要獲得高分辨譜圖和 减少半波峰的干擾， 可以採用射線單色器 來實現。
ESCA中的電子能量分析器 ESCA中的電子能量分析器
電子能量分析器其作用是探測樣品發射出來的 不同能量電子的相對强度。它必須在高真空條 件下工作即壓力要低於10-3Pa，以便盡量减少 電子與分析器中殘餘氣體分子碰撞的機率。 高真空:10-7-10-3
介紹X-光線電子光譜 介紹 光線電子光譜(ESCA) 光線電子光譜
在薄膜及修飾電極方面的研究可由所測束縛能 (Binding energy)等資料，以判定有機薄膜、無機 薄膜、酵素及生物薄膜等組成的主要元素及組成 原子、離子的電子組態、官能機型態、薄膜表面 結構及確定元素定量分析等，為不可缺少的研究 設備。
介紹X-光線 介紹 光線
X-ray 為電磁波的一種，產生原因為高速加速電 子碰撞金屬靶材，使靶材的內層電子因獲得能量 而脫離其電子軌域，此時外層電子向內補充內層 電子所留下的空缺，所放出電磁波。 其波長為10-11m至10-8m。 穿透力大，空間解析度高。利用此光源可以做各 種的分析，小至分子中原子的距離、鍵結型態， 大至人體各部位的透視，可廣泛應用於材料結晶 構造鑑定、醫學及非破壞檢測實務上。
１８９９年，湯姆生測出了光電流的荷質比，證 明光電流也是由電子組成。
西元 1905 年，愛因斯坦 愛因斯坦提出解釋光電效應現象， 愛因斯坦 才真正證實了有光電效應的存在。
光電效應(Photoelectric Effect) 光電效應
1.光電效應 1.光電效應 (Photoelectric Effect)指的是某金屬 Effect) 表面在光輻照作用下 發射電子的效應。當 一個光子撞到金屬物 表面時，如果光子的 能量夠高的的話，就 會激發出一個電子， 其多餘的能量就變成 光子的動能。 。
電子光譜儀通常採用的激發源有三種： X光線源、真空紫外燈和電子槍。商品譜儀中將 這些激發源組裝在同一個樣品室中成為一個多種 功能的綜合光譜儀。 激發源
X光線(Al 、 Mg) 紫外光(He) 電子槍
能量範圍(eV)
~1000 ~20-40 ~2000-5000
線寬(eV)
~0.8 <0.01 <0.5
ESCA的原理 的原理
當有化學變化時，會產生化學位移可明顯反應在 X-光光電子能譜裏，使測到不同的核電子束縛能。 因此，ESCA可用來鑑定材料表面的化學反應是 否發生及判斷反應生成物的種類。
ESCA的原理 的原理
在實驗時樣品表面受輻射損傷小，能檢測週期表 中除 H 和 He 以外所有的元素，並具有很高的絕 對零敏度。因此是目前表面分析中使用最廣的譜 儀之一。
torr
樣品處理
電子光譜儀原則上可以分析固體、氣體和液體樣 品。
ESCA的應用 的應用
目前ESCA在化學、化工領域之應用例子包括： 鑑定在不同無機材料表面所含元素的氧化態。 解釋材料表面化合物的化學結構(XPS可分辨元素 的不同氧化態)。 測定半導體表面的污染物。
ESCA 應用在表面組成分析
以 ESCA 分析 TAC 基板經離子轟擊後，化學鍵 結的變化。 先介紹TAC的化學結構示意圖
由此圖可以看出X-光線的波段位置所在
X 光 線 的 波 段
10-8m至10-11m
介紹有關X-光線的分析儀器 介紹有關 光線的分析儀器
(1) X-光線光譜儀 (X-ray 光線光譜儀 sepctrometer) 。 (2) X-光線繞射儀 (X-ray 光線繞射儀 diffratometer)：XRD。 ： (3) X-光線螢光儀 (X-ray 光線螢光儀 fluorescence spectrometer)：XRF。 ： (4)全反射式 光螢光分 全反射式X-光螢光分 全反射式 析儀(Total reflection X析儀 ray fluorescence
介紹X-光線電子光譜 介紹 光線電子光譜(ESCA) 光線電子光譜
常常和歐傑電子技術相關連在一起，主要 是因為化學分析電子技術可以補歐傑電子 技術之不足，可以更準確的得知原子的化 學組態。
介紹X-光線電子光譜 介紹 光線電子光譜(ESCA) 光線電子光譜
再進一步的使用可以了解固態物質相關的重要訊 息，其中包括界塔電位、束縛能(Binding energy)、 電子組態、官能機型態、表面結構、潤濕度 (wettibility)、元素含量分析……等，提供了材料 不可或缺的物理、化學性質分析資訊，應用範圍 遍及材料科學、表面化學、表面改質、薄膜及生 化型態學、電化電池(包括燃料電池、生物電池等) 各方面之研究。
ESCA 提供的分析技術
微區分析 定性及定量分析 化學組態鑑別分析 化學組態分布
ESCA的原理 的原理
化學分析光電子能譜儀是 對試片表面特性很靈敏的 分析儀器，其基本原理即 是光電效應用。 利用X-ray照射固態表面而 游離出光電子，測量光電 子動能，並推算出光電子 束縛能，可用以研判發射 光電子之原子的元素種類 及其化學態，可用來分析 元素組成及化學組成，鍵 結狀態、氧化狀態等等， 並可了解各元素成分在表 面的分佈情形。
目錄
ESCA的原理 的原理 光電效應的發現 何謂光電效應 介紹ESCA的結構 介紹 的結構 ESCA 應用在表面組成分析
前言
愛因斯坦(Einstein)於1905年曾指出：在固態物質 裏，被激發出來的光電子(Photoelectron)動能等 於入射之輻射能減去電子之束縛能(Bonding energy) 。 電子的束縛能不僅是元素的特徵值而且還包含了 元素的化學資訊。
前言
直到以Siegbahn教授為首的一群科學家在技術上 克服了這力面的困難，使得ESCA除了氫元素外， 共餘皆可測知，故其用途相當廣泛，目前此儀器 已肯定在研究化學結合鍵(Chemical bonding)上 貢獻極大。 日前製造這些電子分析儀器的廠商有AEI、 DuPont、Perkin Elmer/physical Electronics、 McPherson、shimadzu及Kerns等。