光电子与光子的能谱分析研究

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光电子能谱分析

光电子能谱分析光电子能谱分析是一种基于光电效应原理的表征材料电子结构和性质的重要技术手段。

通过研究材料的光电子能谱，可以得到材料中的电子能带结构、费米能级、元素组成等信息，从而深入了解材料的性质和反应过程。

本文将介绍光电子能谱分析的原理、仪器设备以及应用领域等内容。

一、光电子能谱分析的原理光电子能谱分析是基于光电效应的原理进行的。

光电效应是指当光束照射到物质表面时，光子与物质中的电子相互作用，使得电子从物质中抽离出来，形成光电子。

当光子的能量大于或接近于材料中最外层电子的束缚能时，光电子就会被抽离出来，并在外加电场的作用下被加速，形成具有动能的光电子。

通过测量光电子的动能和强度，就可以得到光电子能谱图。

二、光电子能谱分析的仪器设备光电子能谱分析需要使用光电子能谱仪。

光电子能谱仪主要由光源、样品台、能谱分析器和探测器等部分组成。

光源通常采用气体放电光源或光阴极等发射强度较高的光源，用于产生高能量的光子。

样品台用于固定待测材料，通过样品台上的电子能量分析器，对光电子的能量进行分析，从而得到光电子能谱。

探测器接收并放大光电子信号，将信号传递至数据采集系统进行记录和分析。

三、光电子能谱分析的应用领域光电子能谱分析在材料科学、表面物理化学、固体电子学等领域具有广泛的应用。

以下列举几个典型的应用领域：1. 材料表征与表面分析：通过光电子能谱分析，可以获取材料中电子能带结构、元素组成、表面形貌等信息，用于表征和研究材料的物理性质和化学反应过程。

2. 半导体器件分析：光电子能谱分析可用于研究半导体材料中的载流子分布、能量态密度分布等，从而为半导体器件的设计和性能优化提供依据。

3. 催化剂研究：光电子能谱分析可用于研究催化剂表面活性位点的形成、电子结构及与反应物的相互作用，有助于优化催化剂的催化性能。

4. 电子能带结构研究：通过对不同材料的光电子能谱分析，可以揭示材料电子能带结构的演化规律，深入了解材料的导电性质和能带间的相互作用机制。

X射线光电子能谱分析方法及原理(XPS)

半导体工业
晶体缺陷分析、界面性质研究等。
环境科学
大气污染物分析、土壤污染研究等。
X射线光电子能谱分析的优缺点
1 优点
提供元素化学状态信息、非破坏性分析、高表面敏感性。
2 ห้องสมุดไป่ตู้点
样品需真空处理、分析深度有限、昂贵的设备和维护成本。
总结和展望
X射线光电子能谱分析是研究材料表面的有力工具。未来，随着仪器和技术的不断进步，XPS将在更多领域发挥重要作用。
X射线光电子能谱分析方法及原理(XPS)
X射线光电子能谱分析(XPS)是一种表面分析技术，通过测量材料的X射线光电子能谱来研究材料的电子结构和化学组成。
X射线光电子能谱分析的基本原理
XPS基于光电效应，探测材料与X射线相互作用所放出的光电子。通过测量光电子能量和强度，可以推断材料表面元素的化学态。
X射线光电子能谱分析的仪器和实验设备
XPS仪器
包含X射线源、光电子能谱仪和数据处理系统。
电子枪
产生高能电子束，用于激发材料表面。
光电子能谱仪
测量光电子的能量和角度，用于分析材料的电子结构。
X射线光电子能谱分析的样品准备方法
1 表面清洗
去除杂质和氧化层，以确保准确测量。
2 真空处理
在超高真空条件下进行实验，避免气体影响。
3 固定样品
使用样品架或夹具将样品固定在仪器中。
X射线光电子能谱分析的数据处理和解析方法
峰面积计算
根据光电子峰的面积计算元素含量。
能级分析
通过分析光电子的能级分布，推断材料的化学状态。
谱峰拟合
将实验谱峰与已知标准进行拟合，确定元素的化学态和含量。
X射线光电子能谱分析的应用领域

光电子能谱学

光电子能谱学光电子能谱学是一门研究光电子谱的科学，通过观察和分析光电子谱中的能量和动量分布，可以获得有关材料的结构和电子性质的重要信息。

光电子谱技术在材料科学、表面科学、固体物理学等领域起着重要作用，为研究和理解材料的电子结构和表面性质提供了有效的手段。

一、介绍光电子能谱学光电子能谱学是一种研究物质电子结构的重要实验方法，其基本原理是利用光子轰击样品的电子，将样品中的电子激发至导带或者导带之上的能级，然后测量所产生的光电子能谱，以研究材料的能带结构和电子态密度等相关性质。

二、光电子能谱的分类根据测量方法和应用领域的不同，光电子能谱可以分为不同的类型。

常见的有角度分辨光电子能谱(ARPES)、能量分辨光电子能谱(XPS)、时间分辨光电子能谱(TRPES)等。

不同的能谱类型适用于研究不同的材料和表面性质。

角度分辨光电子能谱(ARPES)是一种通过测量光电子动量和能量分布来确定样品电子结构和带隙能量等信息的实验方法。

ARPES技术具有高分辨率、表征能带特性的优势，在凝聚态物理、材料科学和表面科学等领域得到广泛应用。

能量分辨光电子能谱(XPS)是一种通过测量光电子动能和数量来研究样品表面化学组成、材料电子结构等性质的实验手段。

XPS技术具有高灵敏度、样品表面分析非破坏性等特点，广泛应用于催化剂、薄膜材料、生物材料等领域。

时间分辨光电子能谱(TRPES)是通过观察光电子在光激励后的时间演化情况，研究材料中电子的动力学行为。

TRPES技术可以提供关于电子态密度、载流子寿命等信息，对于理解光激发过程和材料光电性能有重要意义。

三、光电子能谱的应用领域光电子能谱学在材料科学和表面科学等领域发挥着重要作用，具有广阔的应用前景。

1. 凝聚态物理：通过光电子能谱技术可以研究材料的能带结构和电子态密度，了解材料的电子、声子等激发行为，为研究材料的物理性质提供重要信息。

2. 表面科学：光电子能谱技术可应用于表面形貌、表面活性位点、吸附物种等表征，研究材料表面的性质和表面反应动力学过程，对于催化剂、气体分子吸附等具有重要意义。

X射线光电子能谱分析

X射线光电子能谱分析X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy, XPS）是现代表面分析技术中的一种重要手段。

它通过利用X射线入射在样品表面，当X射线光子与样品表面原子相互作用时，光电子会由样品表面发射出来，在光电子能谱仪中被探测和分析。

XPS可以获得试样的化学组成、化学状态、电荷状态、表面价态等信息，是研究材料界面、表面电子结构和化学活性等问题的有效手段。

一、XPS原理XPS的工作原理基于电子的能量损失。

当单色X射线光子与样品表面发生相互作用时，光子会被表面原子中的一个或多个电子吸收，从而将其能量转移给被激发的电子，将其从价层挪到离子层。

这些被激发的电子称为光电子（photoelectrons），它们遵循能量守恒定律，其动能与入射X射线能量之差等于与样品表面接触的电子势垒（即逸出功）。

二、XPS仪器及实验流程XPS实验仪器由准直系统、透镜和光学系统、交变极化源、能量分辨系统和探测器等部分组成。

实验流程主要包括样品表面清洗、样品加载、真空抽气和光子能谱仪调试等步骤。

在实际实验中，需要对仪器进行校准，然后利用X射线束斑轨迹扫描测量样品的光电子能谱，分析得到有关样品表面化学状态和组分的信息。

三、XPS数据处理和解析对于XPS实验中得到的光电子能谱进行数据处理和解析，包括去噪、基线修正、能峰积分、峰位转换和峰型拟合等。

常见的XPS光电子峰是由不同价态原子轨道势能引起的能级分裂和化学键形成导致的电子态密度变化引起的能级位移等。

通过对峰的形状和位置进行拟合，可以得到样品中化学元素的表面分布和含量，以及化学键的结果和壳层电子转移等信息。

四、XPS应用领域XPS在材料科学、表面物理和化学等领域有广泛的应用。

在表面和界面科学中，XPS可以用于研究材料表面结构、表面吸附反应、薄膜生长和界面电子结构等。

在电化学和电子器件领域，XPS可以用于研究材料电子结构、光伏材料表面化学性质以及界面反应等。

第八章光电子能谱

2. XPS使原子的内层电子电离, 而这些电子的电离能通常有确定值, 可用于定量分析.
3. AES具有灵敏度高, 分析速度快的特点, 可用于: (1) 表面组成的定性和定量; (2) 表面元素的化学环境与化学键等
8.1 基本原理
1. 光电效应及其有关特点
光电子: 用短波长的光辐照分子, 光子有时会被分子吸收而导致电子从分子中发射出来. 这种发射出来的电子就是光电子. 分子因失去电子而成为阳离子.
光电效应可以只吸收一个光子而发射出一个自由电子. 紫外和X射线光电子能谱就是研究这种单电子过程.
有时会涉及两个电子的变化, Auger能谱和X射线荧光光谱就是研究这类过程.
在CO中, C 1s 的电离能为:295.8 eV 在CO2中, C 1s 的电离能为:297.8 eV 在CO中, O 1s 的电离能为:541.1 eV 在CO2中, O 1s 的电离能为:539.8 eV
O(-0.37)-C(+0.74)-O(-0.37) O(-0.17)-C(+0.17)
可见内层电子的电离能与化学环境有关, 称为化学位移.
M h M e
其中 e- 为发射出的光电子.
按能量守恒关系, 有
E(M)
h
E(M
)
1 2
mev
2
从而光电子动能为:
1 2
mev2
h
(E(M
)
E(M) )
h
I
其中 I E(M ) E(M)
Байду номын сангаас
为分子的电离能
通过测定光电子的动能和它们的数目, 可得到光电子按其动能或电离能的分布强度, 即光电子能谱图.
3. 电离过程和Koopmans定理

X射线光电子能谱(XPS)谱图分析

一、X光电子能谱分析的基本原理X光电子能谱分析的基本原理：一定能量的X光照射到样品表面，和待测物质发生作用，可以使待测物质原子中的电子脱离原子成为自由电子。

该过程可用下式表示：hn=Ek+Eb+Er （1）其中:hn：X光子的能量；Ek：光电子的能量；Eb：电子的结合能；Er：原子的反冲能量。

其中Er很小，可以忽略。

对于固体样品，计算结合能的参考点不是选真空中的静止电子，而是选用费米能级，由内层电子跃迁到费米能级消耗的能量为结合能Eb，由费米能级进入真空成为自由电子所需的能量为功函数Φ，剩余的能量成为自由电子的动能Ek，式(1)又可表示为：hn=Ek+Eb+Φ（2） Eb=hn-Ek-Φ（3）仪器材料的功函数Φ是一个定值，约为 4 eV，入射X光子能量已知，这样，如果测出电子的动能Ek，便可得到固体样品电子的结合能。

各种原子，分子的轨道电子结合能是一定的。

因此，通过对样品产生的光子能量的测定，就可以了解样品中元素的组成。

元素所处的化学环境不同，其结合能会有微小的差别，这种由化学环境不同引起的结合能的微小差别叫化学位移，由化学位移的大小可以确定元素所处的状态。

例如某元素失去电子成为离子后，其结合能会增加，如果得到电子成为负离子，则结合能会降低。

因此，利用化学位移值可以分析元素的化合价和存在形式。

二、电子能谱法的特点(1)可以分析除H和He以外的所有元素；可以直接测定来自样品单个能级光电发射电子的能量分布，且直接得到电子能级结构的信息。

(2)从能量范围看，如果把红外光谱提供的信息称之为“分子指纹”，那么电子能谱提供的信息可称作“原子指纹”。

它提供有关化学键方面的信息，即直接测量价层电子及内层电子轨道能级。

而相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，相互干扰少，元素定性的标识性强。

(3)是一种无损分析。

(4)是一种高灵敏超微量表面分析技术，分析所需试样约10-8g即可，绝对灵敏度高达10-18g，样品分析深度约2nm。

X射线光电子能谱分析法

X射线光电子能谱分析法X射线光电子能谱分析法（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）是一种非常重要的表面分析技术，广泛应用于材料科学、化学、表面物理、生物技术和环境科学等领域。

本文将对X射线光电子能谱分析法进行详细介绍，包括基本原理、仪器分析系统和应用领域。

一、基本原理X射线光电子能谱分析法是利用X射线照射固体表面，使其产生光电子信号，并通过测量光电子的动能和数量，来确定样品表面的化学成分及其状态。

其主要基于光电效应（photoelectric effect）和X射线物理过程。

光电效应是指当光子入射到固体物质表面的时候，会将表面电子激发到导带或导带以上的能级上，并逃离固体形成受激电子。

这些逃逸的电子称为光电子，其动能与入射光子的能量有关。

X射线物理过程主要包括光子的透射、散射和与原子内电子的相互作用等。

当X射线入射到固体表面时，会发生漫反射和荧光特性，造成信号的背景噪声。

同时，X射线的能量足够高，可以与样品的内层电子发生作用，如光电子相对能谱（Photoelectron RELative Energies）和化学平移分量（Chemical Shift）等。

二、仪器分析系统X射线光电子能谱分析系统包括光源、样品室、分析仪和检测器等。

光源常用的是具有较窄X射线能谱线宽的准单色X射线源，如AlKα线或MgKα线。

样品室的真空度一般要达到10^-8Pa左右，以避免空气对样品的干扰。

分析仪是用于测量光电子动能和数量的关键部件，常见的配备有放大器、电子能谱仪和角度分辨收集器等。

放大器将来自检测器的信号放大，并进行滤波处理以滤除高频噪声。

电子能谱仪是用于测量光电子动能的装置，一般包括一个径向入射、自由运动的光电子束和一个动能分析系统。

角度分辨收集器则用于测量光电子的角度分布。

检测器用于测量光电子的数量，常见的有多种类型的二极管（如能量分辨二极管和多道分析器）和面向瞬态X射线源的时间分辨仪器。

光电子能谱实验报告

X光电子能谱摘要：本实验用光电子能谱仪，利用AlKα线测量了薄膜的化学成分，得到薄膜的成分为SiO2。

引言：表面科学研究是材料科学研究中一个很重要的部分，尤其是现代材料中的微型材料、超薄材料、薄膜材料、材料的表面处理等等。

光电子能谱实验方法是研究表面科学的一种有效方法，通过光电子能谱，可以了解材料的组分及其含量、分析薄膜的厚度等等。

通过本实验，可以了解X光电子能谱（XPS）的测量原理、仪器工作的结构及应用，并能够初步掌握XPS实验方法及其图谱的分析。

实验原理：一、光电子能谱一定能量的电子、X光、紫外（UV）光等入射到样品上，将样品表面原子中的不同能级的电子激发成自由电子，这些电子带有样品表面的信息，具有特征能量，收集这些电子形成的能谱叫电子能谱，研究这类电子的能量分布即为电子能谱分析。

其中，自由电子是由光子激发而产生的称为光电子能谱，常有的为X光电子能谱（XPS）和紫外光电子能谱（UPS）。

以收集到的光电子的强度为纵坐标、以结合能或者是光电子的动能为横坐标而形成的谱图称为光电子能谱图。

二、光电发射过程及能量关系光子照到样品上，样品吸收一定能量的光子，电子发生越迁，能量比较高的电子脱离样品表面的物理过程称为光电效应，爱因斯坦最先对此进行了解释，并提出了光电效应方程。

简单表示这个过程：hν+M→M++e(E k) （1）其中hν为光子能量，M为样品，e为电子，E k为光电子动能。

图１：光电发射示意图图１中，对于固体存在费米能级，费米能级与自由电子能级之差为固体功函数。

电子从一个原子能级跃迁到自由电子能级所需的能量为结合能。

根据图１不难写出光电过程的能量关系即Einstein关系：E k+E b=hν（未考虑功函数）（2）对于固体，必须引入功函数的修正：E b=hν-E k-EФ（3）其中：E b为结合能, EФ为固体功函数。

这样，对于样品为固体的实验，仪器与样品都将有功函数，从而有下列关系：E b=hν-E,k-E,Ф（样品）=hν-E k-EФ（仪器）（4）原子能级的结合能E b对于某种原子来说是特征的，因此可以通过测定的结合能来标识原子和能级。

光电子能谱分析法基本原理

光电子能谱分析法基本原理光电子能谱分析法（Photoelectron Spectroscopy，简称PES）是一种常用的表征材料的表面化学成分和电子结构的技术手段。

它利用光电效应，通过测量电子从材料表面逸出时的动能来分析材料的电子结构。

PES的基本原理是根据光电效应，当光照射到金属或半导体表面时，光子与金属或半导体表面原子或分子发生相互作用，将部分能量转移给表面电子。

如果光子的能量大于电子的束缚能，则电子可以从材料表面逸出，形成光电子。

PES实验装置通常由以下几个部分组成：光源、光电样品、能量分辨光电子能谱仪和电子能量分析器。

光源通常选择高能紫外光源，因为紫外光具有较高的能量，能够满足电子逸出的需求。

光源产生的光经过透镜系统聚焦在样品表面。

样品由所要研究的物质构成，它可以是单晶、多晶、薄膜等形式。

光电样品的选择要根据具体的实验目的来确定。

能量分辨光电子能谱仪用于检测通过逸出的光电子信号，并将其转化为电信号。

电子能量分析器用于测量光电子的能量，并提供电子能谱。

在实验中，光子通过与表面原子或分子相互作用，将其能量转移给电子，使电子克服束缚势能逸出表面。

逸出电子的动能与初级光子的能量差有关：E_kin = hν - Φ其中，E_kin是逸出电子的动能，h是普朗克常数，ν是光子的频率，Φ是材料的逸出功。

逸出电子的动能与所施加的电场强度有关。

通过控制电场强度，可以调节电子的动能，进而对应不同的束缚能级进行分析。

PES实验中的光电子能谱提供了关于材料中电子的能量分布和态密度的丰富信息。

通过分析能谱图，可以确定材料的能带结构、元素组成、原子价态等重要参数。

例如，能谱图中的峰值对应不同能级的电子逸出，峰的位置和峰的强度可以揭示材料的能带结构和电子填充态。

同时，通过测定PES中的峰的位置和强度的变化，还可以研究材料的电子结构在外界条件变化下的响应和调控。

总结起来，光电子能谱分析法基于光电效应，通过测量光子与材料表面原子或分子的相互作用，进而测量逸出电子的动能，来研究材料的电子结构和化学成分。

电子行业X射线光电子能谱分析

电子行业X射线光电子能谱分析1. 引言在电子行业中，X射线光电子能谱分析技术被广泛应用于材料表面成分分析、薄膜厚度测量以及材料电子结构研究等领域。

本文将介绍X射线光电子能谱分析的原理、仪器设备及其在电子行业中的应用。

2. 原理X射线光电子能谱分析是通过照射材料表面的X射线束来激发材料中的原子产生光电子，然后通过能谱仪器来分析和检测这些光电子的能量分布情况。

其基本原理可简单分为三个步骤：激发、发射和分析。

2.1 激发X射线束照射到材料表面后，会与材料中的原子发生相互作用。

其中一个主要过程是光电效应，即X射线光子被原子的内层电子吸收并将其击出成为光电子。

这个过程中，吸收光子的能量等于内层电子的束缚能。

2.2 发射原子内层电子被击出后，会形成空位。

其他外层的电子会跃迁填充这些空位，并释放出能量。

其中一种能量释放的方式是通过发射光电子。

经过能量守恒定律的计算，可以得到光电子的能量与原子的束缚能之间的关系。

2.3 分析通过光电子能谱仪器，可以测量并记录光电子的能量。

根据能谱的分析，可以得到材料中各元素的成分、化学状态以及材料的电子结构等信息。

常用的能谱仪器有X射线光电子能谱仪（XPS）和角色谱仪。

3. 仪器设备X射线光电子能谱分析需要使用专用的仪器设备，主要包括：1.X射线光电子能谱仪（XPS）：用于产生X射线束、照射到材料表面并测量光电子的能量。

XPS仪器通常包含X射线发射系统、分析室、能量分辨系统和数据采集系统等部分。

2.能谱仪器：用于测量和分析光电子的能谱信息。

常见的能谱仪器有圆盘状能谱仪、柱状能谱仪以及角色谱仪等。

4. 应用X射线光电子能谱分析在电子行业中有广泛的应用，主要包括以下几个方面：4.1 表面成分分析X射线光电子能谱分析可以用于表面成分的定性和定量分析。

通过测量光电子的能谱，可以获得材料表面的元素组成、含量以及化学状态等信息。

这对于材料研发、产品质量控制以及表面处理等方面具有重要意义。

4.2 薄膜厚度测量电子行业中常常使用薄膜作为制造材料。

测量光子能量谱的Photoemission Spectroscopy实验

测量光子能量谱的PhotoemissionSpectroscopy实验引言：光子能量谱是现代物理研究中的重要课题之一，在材料分析、电子能带结构测量等领域都具有广泛的应用价值。

Photoemission Spectroscopy（光电子能谱仪）是一种常用的实验方法，通过测量材料中光子与电子的相互作用，可以获得电子能量与强度之间的关系，从而揭示材料的电子能带结构和表面态等信息。

本文将详细介绍光电子能谱仪的实验原理、实验准备、实验过程以及实验在相关领域的应用和其他专业性角度。

一、实验原理：1. 光电效应（photoelectric effect）：光电效应是指光子与物质相互作用时，光子的能量被转移给物质中的电子，从而使电子从物质中逸出的现象。

光电效应的基本方程可以用普朗克（Planck）的光量子假设来描述：E = hf其中，E为光子的能量，h为普朗克常量（6.62607015 × 10^-34 J·s），f为光子的频率。

当光子的能量大于材料中电子的束缚能（work function），电子就可以逸出材料表面，产生光电子。

2. 光电子能谱仪（PES）：光电子能谱仪是一种测量材料中光电效应的仪器，主要由光源、样品室、能谱仪和探测器等组成。

在实验中，首先通过分析材料的表面状态（由于表面与体内的能带结构不同），在样品室中制备出一个完美的样品表面。

然后利用光源发射出一个特定能量的光子束，束经过偏转和准直系统，进入样品室与表面相互作用。

与表面相互作用后获得的光电子将被能谱仪接收，最终通过探测器测量光电子的能量和强度。

二、实验准备：1. 实验设备：光电子能谱仪主要由光源、样品室、能谱仪和探测器等组成。

光源一般使用紫外光源或X射线源，而能谱仪则由准直器、能量分析器等部分构成。

探测器能够测量光栅片上的光电子能量和强度。

2. 样品准备：选择适当材料作为样品，并制备出一个完美的表面。

在实验中，为了保证表面的纯净度和稳定性，常常在样品表面上制备一个单晶样品或者在表面进行等离子体清洗。

光电子能谱

8.3 分子的X-射外光电子能谱
X-射线可使原子的内层电子电离.分子中原子的内层电子基本不变. 对应M+的高激发电子态,不能解析振动结构. 在CO中, C 1s 的电离能为:295.8 eV 在CO2中, C 1s 的电离能为:297.8 eV 在CO中, O 1s 的电离能为:541.1 eV 在CO2中, O 1s 的电离能为:539.8 eV
M h M e 其中 e- 为发射出的光电子. 按能量守恒关系, 有 1 E(M) h E ( M ) me v 2 2 从而光电子动能为: 1 me v 2 h ( E ( M ) E(M)) h I 2
其中
I E ( M ) E(M)
Auger过程表示为: K-LILII
E K 和E LI 随原子的化学环境的变化相似, 故E K E LI 的化学位移较小, 从而Auger电子引起. 的化学位移主要由E L
II
Auger过程为: KLIILIII
S原子的内层电子为:
1s 2 2s 2 2 p6 3s 2
电离后离子态为:
ee-
e-
或
M+ + e紫外线光电效应
M+ + eX射线
2p 2s 1s
X 射线或其他高能粒子
紫外: 16~41eV X射线: 1000~1500 eV
M
X射线荧光
Auger过程
e-
hv
e-
Auger 电
子
M+ + hv
M+ + e-
M++ + e-
2.光电子能谱的基本原理光电子能谱研究的对象是光子作用于分子时发生的单电子过程,

X射线光电子能谱分析分析

一、X射线光电子能谱的测量原理X射线光电子能谱（X-ray photoelectron Spectroscopy，简称XPS）也就是化学分析用电子能谱（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis，简称ESCA），它是目前最广泛应用的表面分析方法之一，主要用于成分和化学态的分析。

用单色的X射线照射样品，具有一定能量的入射光子同样品原子相互作用，光致电离产生了光电子，这些光电子从产生之处输运到表面，然后克服逸出功而发射，这就是X射线光电子发射的三步过程。

用能量分析器分析光电子的动能，得到的就是x射线光电子能谱。

根据测得的光电子动能可以确定表面存在什么元素以及该元素原子所处的化学状态，这就是x射线光电子谱的定性分析。

根据具有某种能量的光电子数量，便可知道某种元素在表面的含量，这就是x射线光电子谱的定量分析。

为什么得到的是表面信息呢？这是因为：光电子发射过程的后两步，与俄歇电子从产生处输运到表面然后克服逸出功而发射出去的过程是完全一样的，只有深度极浅范围内产生的光电子，才能够能量无损地输运到表面，用来进行分析的光电子能量范围与俄歇电子能量范围大致相同。

所以和俄歇谱一样，从X射线光电子谱得到的也是表面的信息，信息深度与俄歇谱相同。

如果用离子束溅射剥蚀表面，用X射线光电子谱进行分析，两者交替进行，还可得到元素及其化学状态的深度分布，这就是深度剖面分析。

X射线电子能谱仪、俄歇谱仪和二次离子谱仪是三种最重要的表面成分分析仪器。

X射线光电子能谱仪的最大特色是可以获得丰富的化学信息，三者相比，它对样品的损伤是最轻微的，定量也是最好的。

它的缺点是由于X射线不易聚焦，因而照射面积大，不适于微区分析。

不过近年来这方面已取得一定进展，分析者已可用约100 μm直径的小面积进行分析。

最近英国VG公司制成可成像的X射线光电子谱仪，称为“ESCASCOPE”，除了可以得到ES-CA谱外，还可得到ESCA像，其空间分辨率可达到10μm，被认为是表面分析技术的一项重要突破。

(完整版)X射线光电子能谱分析(XPS)

第18章X射线光电子能谱分析18.1 引言固体表面分析业已发展为一种常用的仪器分析方法，特别是对于固体材料的分析和元素化学价态分析。

目前常用的表面成分分析方法有：X射线光电子能谱（XPS）, 俄歇电子能谱(AES)，静态二次离子质谱(SIMS)和离子散射谱(ISS)。

AES 分析主要应用于物理方面的固体材料科学的研究，而XPS的应用面则广泛得多，更适合于化学领域的研究。

SIMS和ISS由于定量效果较差，在常规表面分析中的应用相对较少。

但近年随着飞行时间质谱（TOF-SIMS）的发展，使得质谱在表面分析上的应用也逐渐增加。

本章主要介绍X射线光电子能谱的实验方法。

X射线光电子能谱（XPS）也被称作化学分析用电子能谱（ESCA）。

该方法是在六十年代由瑞典科学家Kai Siegbahn教授发展起来的。

由于在光电子能谱的理论和技术上的重大贡献，1981年，Kai Siegbahn获得了诺贝尔物理奖。

三十多年的来，X射线光电子能谱无论在理论上和实验技术上都已获得了长足的发展。

XPS已从刚开始主要用来对化学元素的定性分析，业已发展为表面元素定性、半定量分析及元素化学价态分析的重要手段。

XPS的研究领域也不再局限于传统的化学分析，而扩展到现代迅猛发展的材料学科。

目前该分析方法在日常表面分析工作中的份额约50%，是一种最主要的表面分析工具。

在XPS谱仪技术发展方面也取得了巨大的进展。

在X射线源上，已从原来的激发能固定的射线源发展到利用同步辐射获得X射线能量单色化并连续可调的激发源；传统的固定式X射线源也发展到电子束扫描金属靶所产生的可扫描式X射线源；X射线的束斑直径也实现了微型化，最小的束斑直径已能达到6μm大小, 使得XPS在微区分析上的应用得到了大幅度的加强。

图像XPS技术的发展，大大促进了XPS在新材料研究上的应用。

在谱仪的能量分析检测器方面，也从传统的单通道电子倍增器检测器发展到位置灵敏检测器和多通道检测器，使得检测灵敏度获得了大幅度的提高。

第五章光电子能谱分析

230.9eV
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
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光电子能谱分析