电子能谱分析课件
能谱分析
1．俄歇电子产额
K
俄歇电子产额或俄歇跃迁几率 决定俄歇谱峰强度，直接关系 到元素的定量分析。俄歇电子 与特征X射线是两个互相关联和 竞争的发射过程。对同一K层空 穴，退激发过程中荧光X射线与 俄歇电子的相对发射几率，即 图13-1 俄歇电子产额与原子序数的关系 荧光产额(K)和俄歇电子产额 由图可知，对于K层空穴Z<19，发射俄歇 ( K )满足 电子的几率在90％以上；随Z的增加，X射 =1－K (13-1)
图13-5 俄歇电子能量图
主要俄歇峰的能量用空心 圆圈表示， 实心圆圈代表每个元素的 强峰
定性分析的一般步骤：
(1)利用“主要俄歇电子能量图”，确定实测谱中最强峰可能对应的几 种(一般为2、3种)元素； (2)实测谱与可能的几种元素的标淮谱对照，确定最强峰对应元素的所 有峰； (3)反复重复上述步骤识别实测谱中尚未标识的其余峰。 注意：化学环境对俄歇谱的影响造成定性分析的困难(但又为研究样 品表面状况提供了有益的信息)，应注意识别。
图2-8 Ag的光电子能谱图 （Mg K激发）
二、X射线光电子能谱仪
主要组成部分：X光源(激发源)， 样品室，电子能量分析器和信 息放大、记录(显示)系统等组 成。
图13-9 (X射线)光电子能谱仪方框图
三、X射线光电子能分析与应用
1．元素(及其化学状态)定性分析 方法：以实测光电子谱图与标准谱图相对照，根据元素特征峰位置 (及其化学位移)确定样品(固态样品表面)中存在哪些元素(及这些元素 存在于何种化合物中)。 常用Perkin-Elmer公司的X射线光电子谱手册 定性分析原则上可以鉴定除氢、氦以外的所有元素。 分析时首先通过对样品(在整个光电子能量范围)进行全扫描，以确定 样品中存在的元素；然后再对所选择的峰峰进行窄扫描，以确定化学 状态。
X射线光电子能谱(XPS)课件
利用XPS对样品表面进行深度剖析， 了解表面元素的化学状态和组成， 为材料科学、环境科学等领域提供 有力支持。
05
XPS与其他分析方法的比 较
XPS与AES的比较
总结词
XPS和AES都是表面分析技术，但它们的工 作原理和应用范围有所不同。
详细描述
XPS（X射线光电子能谱）和AES（原子发 射光谱）都是表面分析技术，用于确定样品 表面的元素组成。然而，它们的工作原理和 应用范围有所不同。XPS主要测量的是光电 子的能量分布，可以提供元素种类、化学态 和电子态的信息。而AES则通过测量原子发 射出来的特征光谱来分析元素组成。在应用 方面，XPS更适用于轻元素的分析，而AES 更适用于重元素的分析。
02
XPS仪器设备
XPS仪器结构
01
02
03
04
发射源
X射线管，用于产生X射线。
真空系统
确保实验室内高真空度，以减 少气体对光电子的散射。
能量分析器
用于检测和测量光电子的能量 。
探测器
用于收集光电子，并将其转换 为电信号。
XPS仪器操作流程
样品安装
将样品放置在样品 台上，并确保稳定 固定。
数据采集
开发多元素同时分析的XPS技术， 能够快速获取样品中多种元素的
化学信息，提高分析效率。
XPS在各领域的应用前景
环境监测
生物医学研究
利用XPS技术对大气、水体、土壤等环境中 的有害物质进行快速、准确检测，为环境 保护和治理提供有力支持。
通过XPS技术对生物样品进行无损检测，有 助于深入了解生物分子结构和功能，推动 生物医学领域的发展。
数据采集
按照设定的参数进行测量，并 采集光谱数据。
《电子能谱分析法》课件
高分辨率、高灵敏度、高精度和高可 靠性，能够提供物质内部结构和化学 键合状态的详细信息。
工作原理
电子能谱仪通过发射高能电子束轰击 样品，使样品中的原子或分子的内层 电子被激发，产生特征能量损失或能 量沉积。
通过测量这些能量损失或能量沉积的 分布，可以推断出样品中元素的种类 、含量和化学状态等信息。
特征提取与模式识别
通过改进算法和计算机技术，实现更快速、准确地进行特 征提取和模式识别，为后续的数据分析和解释提供有力支 持。
多维数据分析
引入多维数据分析方法，将不同来源、不同类型的电子能 谱数据整合起来，进行综合分析和比较，提高分析结果的 全面性和可靠性。
新技术的应用与拓展
01 02
人工智能与机器学习
稳定性与可靠性
仪器在工作过程中需要保持稳定性和可靠性，减少误差和干扰，提 高分析结果的准确性和可靠性。
自动化与智能化
为了提高工作效率和降低人为误差，需要加强仪器的自动化和智能化 程度，实现快速、准确地获取和分析数据。
数据分析方法改进
算法优化
针对不同类型的电子能谱数据，需要不断优化算法以提高 数据处理速度和准确度。
利用人工智能和机器学习技术对电子能谱数据进行深度学习和挖掘，发 现隐藏在数据中的规律和知识，为科学研究和实际应用提供新的思路和 方法。
联用技术
将电子能谱分析与其它分析技术联用，如色谱、质谱等，实现多维、多 角度地获取样品信息，提高分析结果的全面性和准确性。
03
跨学科融合
加强与其他学科的交叉融合，如化学、生物学、医学等，拓展电子能谱
2023
REPORTING
《电子能谱分析法》 ppt课件
2023
目录
• 电子能谱分析法概述 • 电子能谱分析法的基本原理 • 电子能谱分析法的实验技术 • 电子能谱分析法的应用实例 • 电子能谱分析法的挑战与展望
电子能谱分析edx
EDXX射线能谱一介绍EDS（energy dispersive spectro-scopy）能量色散谱EDX （Energy Dispersive X-ray）WDS（wavelength dispersive spectro-scopy）波长色散谱EDX：X射线强度和能量曲线，定量分析样品的化学成份主要用途：•1) 非均匀样品的局部化学成份•2) 较少量材料或小颗粒材料的化学成份•3) 非均匀样品种一维或二维的成份分布•4) 沉积在任意衬底上的薄膜成份特点1)铍以上元素2)最小能探测到的重量比：0.1 wt% ——1 wt%3)定量结果的相对误差：2－20％（取决于校正方法等）4)在计算机控制下，1分钟以内可分析16种元素5)空间分辨率取决于平均原子序数、样品密度、束能量等（SEM中0.2——10微米）获得可靠的分析结果要求样品:·1) 样品平整光滑（尤其对定量分析，样品要抛光）2) 可以分析表面粗糙的样品，但仅限于定性和半定量分析3) 样品必须导热导电，必要的时候表面需要喷炭或金推荐书目：Scanning Electron Microscopy and X-ray microanalysisNew York 1992 （生物学、材料科学、地质学）Scanning Electron Microscopy，X-ray microanalysisand Anlytical Electron MicroscopyNew York 1990二定量分析Fig.2: Schematic diagram showingwhere 29<Z<37.Detected Energy (E)Fig.5: Schematic diagram of the intensity variation of the continuum backgroundwith energy, showing the generated and detected background energy.Intensity (I)Generated A ）背底和特征峰（二）影响X 射线强度的几种因素B）原子序数对X射线强度的影响Variation in fluorescence yield with atomic number.C ）荧光产生率E ）Mass absorption coefficient of Fe, for X-rays of varying energyD）X 射线的吸收探测角度：角度越小，X射线吸收越强。
第十章电子能谱分析法PPT课件
俄歇电子产额与原子序数的关系
由图可知，对于K层空穴Z<19，发射俄歇电子的几率在90 ％以上；随Z的增加，X射线荧光产额增加，而俄歇电子产额 下降。Z<33时，俄歇发射占优势。
俄歇分析的选择
通常 对于Z≤14的元素，采用KLL俄歇电子分析； 14<Z<42的元素，采用LMM俄歇电子较合适； Z>42时，以采用MNN和MNO俄歇电子为佳。
以表面元素定性分析、定量分析、表面化学结构 分析等基本应用为基础，可以广泛应用于表面科 学与工程领域的分析、研究工作，如表面氧化(硅 片氧化层厚度的测定等)、表面涂层、表面催化机 理等的研究，表面能带结构分析(半导体能带结构 测定等)以及高聚物的摩擦带电现象分析等。
1，2，4，5-苯四甲酸；1，2-苯二 甲酸和苯甲酸钠的C1s光电子谱图
由图可知，与聚乙烯 相比，聚氟乙烯C1s对 应于不同的基团CFH与-CH2-成为两个部分 分开且等面积的峰。
两种聚合物的C1s电子谱图 (a)聚乙烯 (b)聚氟乙烯
在固体研究方面的应用
对于固体样品，X射线光电子平均自由程只有 0.5~2.5nm(对于金属及其氧化物)或4~10nm(对于有 机物和聚合材料)，因而X射线光电子能谱法是一 种表面分析方法。
样品和电子枪装置需置于10-7~10-8Pa的超高真 空分析室中。
俄歇谱仪示意图
俄
俄歇电子能谱仪发展
初期的俄歇谱仪只能做定点的成分分析。 70年代中，把细聚焦扫描入射电子束与俄歇能谱
仪结合构成扫描俄歇微探针(SAM)，可实现样品 成分的点、线、面分析和深度剖面分析。 由于配备有二次电子和吸收电子检测器及能谱探 头，使这种仪器兼有扫描电镜和电子探针的功能。
三、俄歇电子能谱分析
第十三章 电子能谱分析法PPT课件
图13-5 俄歇电子能量图 主要俄歇峰的能量用空 心圆圈表示， 实心圆圈代表每个元素 的强峰
16
定性分析的一般步骤：
(1)利用“主要俄歇电子能量图”，确定实测谱中最强峰可 能对应的几种(一般为2、3种)元素； (2)实测谱与可能的几种元素的标淮谱对照，确定最强峰 对应元素的所有峰； (3)反复重复上述步骤识别实测谱中尚未标识的其余峰。 注意：化学环境对俄歇谱的影响造成定性分析的困难(但 又为研究样品表面状况提供了有益的信息)，应注意识别。
9
化学位移示例
图13-2 Mo(110)面俄歇能谱
10
伴峰
由于俄歇电子逸出固体表面时，有可能产生不连续的能量 损失，从而造成在主峰的低能端产生伴峰的现象。
如：入射电子引起样品内壳层电子电离而产生伴峰(称为电
离损失峰)；又如：入射电子激发样品(表面)中结合较弱的
价电子产生类似等离子体振荡的作用而损失能量，形成伴
(13-1)
由图可知，对于K层空穴Z<19，发射俄歇电 子的几率在90％以上；随Z的增加，X射线 荧光产额增加，而俄歇电子产额下降。 Z<33时，俄歇发射占优势。
5
俄歇分析的选择
通常 对于Z≤14的元素，采用KLL俄歇电子分析； 14<Z<42的元素，采用LMM俄歇电子较合适； Z>42时，以采用MNN和MNO俄歇电子为佳。
13
俄歇电子能谱仪发展
初期的俄歇谱仪只能做定点的成分分析。 70年代中，把细聚焦扫描入射电子束与俄歇能谱仪结合构 成扫描俄歇微探针(SAM)，可实现样品成分的点、线、面 分析和深度剖面分析。 由于配备有二次电子和吸收电子检测器及能谱探头，使这 种仪器兼有扫描电镜和电子探针的功能。
第6章 电子能谱分析 ppt课件
PPT课件
30
5.积分谱和微分谱
• 俄歇谱一般具有两种形式，积分谱和微分谱；
• 积分谱是俄歇电子强度[密度(电子数)]N(E)对其能量E的分 布[N(E)－E]。可以保证原来的信息量，但背景太高，难以 直接处理；可以直接获得。
• 电负性差越大,原子得失的电荷也越大, 因此俄歇化学位 移也越大。
• 对于电负性大的元素,可以获得部分电子荷负电。因此 俄歇化学位移为正,俄歇电子的能量比纯态要高。 相反， 对于电负性小的元素,可以失去部分电子荷正电。因此 俄歇化学位移为负, 俄歇电子的能量比纯元素状态时要 低。
PPT课件
37
第一节 俄歇电子能谱
• 也就是说，轻元素的俄歇产额较高，反之 较低。
PPT课件
28
第一节 俄歇电子能谱
由图可知，对于K层空穴Z<19，发射俄歇电子的几率在90％以上；随Z的增
加，X射线荧光产额增加，而俄歇电子PP产T课额件下降。
29
Z<33时，俄歇发射占优势。
第一节 俄歇电子能谱 俄歇分析的选择
Auger电子能量与元素序数和产生的能级有关，具有特征 性；
• K系列—空穴在K层； L系列—空穴在L层
• 例如：KLL俄歇群：KL1L1、KL1L2、 KL2L2；
• 同样有KLM群、LMM群等等。
• 其中以K系俄歇电子谱线最简单，尤其以KLL群谱 线强度最大，数量少，谱线干扰少。
• 例如79Br(z=35) KLL有九条谱线，其中KL2L3强 度最大。
PPT课件
电子能谱分析(1)
出功 sp代替试样逸出功s：
试样谱仪未连接 试样谱仪连接
电子能谱分析(1)
EKsp EK
EK + s = EKsp+ sp
EKsp
仪器的sp 是给定不变的, 可通过实测EKsp来求得试样的结合能Eb.
这些复杂现象的出现同体系的电子结构密切相关，它们在XPS谱图上 表现为除正常光电子主峰外，还会出现若干伴峰，使得谱图变得复杂。 解释谱图并由此判断各种可能的相互作用，获得体系的结构信息，这是 当前推动XPS发展的重要方面，也是实用光电子谱经常遇到的问题。
电子能谱分析(1)
1.1.8 非导电样品的荷电校正
因此，在实际应用中，人们要对材料和器件工作表面的宏 观性能做出正确的评价与理解，首先必须对各种条件下表面 的化学组成和化学状态进行定性和定量的测定和分析。
电子能谱分析(1)
• 固体表面状态，包括表面成分、结构、配位、化学键性、 能带、电子态等等，对材料的许多物性以及相关的应用和 理论都有非常重要的意义。
电子能谱分析(1)
2020/11/28
电子能谱分析(1)
固体表面的化学组成和体内不完全相同，甚至完全不同， 造成这种差别的原因主要有：
★ 表面原子（或离子）化学键部分断裂（悬挂键）， 能量状态与体内不同；
★ 外来物在表面的吸附、污染； ★ 表面的氧化、腐蚀和摩擦； ★ 人为加工的表面，如离子注入、钝化和各种涂层。
则可将其激发电离为二次电子，并以一定动能 EK(kinetic energy, EK) 逸出，可见信息产生是基于爱因斯坦光电效应。
电子能谱分析(1)
1.1.2 信息能量
电子能谱分析edx
EDXX射线能谱一介绍EDS（energy dispersive spectro-scopy）能量色散谱EDX （Energy Dispersive X-ray）WDS（wavelength dispersive spectro-scopy）波长色散谱EDX：X射线强度和能量曲线，定量分析样品的化学成份主要用途：•1) 非均匀样品的局部化学成份•2) 较少量材料或小颗粒材料的化学成份•3) 非均匀样品种一维或二维的成份分布•4) 沉积在任意衬底上的薄膜成份特点1)铍以上元素2)最小能探测到的重量比：0.1 wt% ——1 wt%3)定量结果的相对误差：2－20％（取决于校正方法等）4)在计算机控制下，1分钟以内可分析16种元素5)空间分辨率取决于平均原子序数、样品密度、束能量等（SEM中0.2——10微米）获得可靠的分析结果要求样品:·1) 样品平整光滑（尤其对定量分析，样品要抛光）2) 可以分析表面粗糙的样品，但仅限于定性和半定量分析3) 样品必须导热导电，必要的时候表面需要喷炭或金推荐书目：Scanning Electron Microscopy and X-ray microanalysisNew York 1992 （生物学、材料科学、地质学）Scanning Electron Microscopy，X-ray microanalysisand Anlytical Electron MicroscopyNew York 1990二定量分析Fig.2: Schematic diagram showingwhere 29<Z<37.Detected Energy (E)Fig.5: Schematic diagram of the intensity variation of the continuum backgroundwith energy, showing the generated and detected background energy.Intensity (I)Generated A ）背底和特征峰（二）影响X 射线强度的几种因素B）原子序数对X射线强度的影响Variation in fluorescence yield with atomic number.C ）荧光产生率E ）Mass absorption coefficient of Fe, for X-rays of varying energyD）X 射线的吸收探测角度：角度越小，X射线吸收越强。
第五章光电子能谱分析
232.2eV MoO2
强度
233.9eV 235.6eV
结合能
第五章
光电子能谱分析
二、固体表面相的研究
1、表面污染分析
由于对各个元素在XPS中都会有各自的特征 光谱，如果表面存在C、O或其它污染物质， 会在所分析的物质XPS光谱中显示出来，加 上XPS表面灵敏性，就可以对表面清洁程度 有个大致的了解； 如图是Zr样品的XPS图谱，可以看出表面存 在C、O、Ar等杂质污染。
例如：I和Cl 见图5－13
第五章
光电子能谱分析
第三节 光电子能谱实验技术
一、光电子能谱仪 有三部分构成：激发源、能量分析器、电子监测器。
K 1和K 2 能量差小） 1、激发源：特征X射线（要求线宽小，
原因：电子能谱分析的分辨率由3个因素决定。
E E E E
2 2 X 2 样
第五章
光电子能谱分析
第五章
光电子能谱分析
俄歇电子产额
俄歇电子和X荧光产生几率是互相关联和竞 争的，对于K型跃迁：
K K 1 K — 荧光产额， K — 俄歇电子产额
俄歇电子产额随原子序数的变化如图。
对于Z14的元素，采用KLL电子来鉴定； 对于Z>14的元素，采用LMM电子较合适； 对于Z42的元素，选用MNN和MNO电子为佳。
分子及固体的电子态 成份、原子及电子态 原子态 原子态 结构 原子及电子态、结构 原子态 成份
I e
角分辨光电子谱 光子诱导脱附 俄歇电子能谱
e－电子 －光子
I－离子 见P273 表5-1
第五章
光电子能谱分析