XPS方法原理与仪器分析
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F E 因此有： B h E K SP
SP和S分别是谱仪和样品的功函数
光电子的特征性
当一束光子辐照到样品表面时，光子可以被样品中某一元素的 原子轨道上的电子所吸收→电子脱离原子核的束缚，以一定的 动能从原子内部发射出来→自由的光电子；对于特定的单色激 发源和特定的原子轨道，其光电子的能量是特征的→其光电子 的能量仅与元素的种类和所电离激发的原子轨道有关； 1、根据光电子的能量，确定样品表面存在的元素； 2、根据光电子的数量，确定元素在表面的含量； 3、X射线束在表面扫描，可以测得元素在表面的分布； 4、采用离子枪溅射及变角技术，得到元素在深度方向的分布； 5、根据不同化学环境下光电子峰位移动、峰型、峰间距变化， 获得化学信息；
一个常数值，即荷电位移，每个样品有一个值在
邮件正文中给出。
3、再下面一个数据是步长值，如0.05或0.1或1，
每张谱图间有可能不一样。
4、继续向下,可以找到401或801这样的数，该数 为通道数，即有401或801个数据点。 5、再下面的数据开始两个数据是脉冲，把它们舍 去，接下来的401或801个数据都是Y轴数据， 将它们copy到B(Y)。
1、变角XPS深度分析：利用采样深度的变化获得元素浓度 与深度的对应关系；非破坏性分析；适用于1—5nm表面层； 2、Ar离子剥离深度分析：交替方式-循环数依据薄膜厚度及 8 深度分辨率而定；破坏性分析；
Ｘ射线光电子能谱
数据处理及分峰步骤
一、在Origin中作图步骤：
1、打开文件，可以看到一列数据，找到相应元素（如 N1s）对应的Region (一个Region 对应一张谱图), 一个文件有多个Region。 2、继续向下找到Kinetic Energy，其下面一个数据为 动能起始值，即谱图左侧第一个数据。用公式 BE始=1486.6-KE始- 换算成结合能起始值，是
5、拟合：选好所需拟合的峰个数及大致参数后，点
Optimise region进行拟合，观察拟合后总峰与原始峰
的重合情况，如不好，可以多次点Optimise region。 6、参数查看：拟合完成后，分别点另一个窗口中的
Rigion Peaks下方的0、1、2等可看每个峰的参数，
此时XPS峰中变红的为被选中的峰。如对拟合结果不
二、分峰步骤
1、将所拷贝数据转换成TXT格式：把所需拟合元素 的数据引入Origin后，将column A和B中的值复制 到一空的记事本文档中（即成两列的格式，左边 为结合能，右边为峰强），并存盘。如要对数据 进行去脉冲处理或截取其中一部分数据，需在 Origin中做好处理。
2、打开XPS Peak，引入数据：点Data----Import (ASCII)，引入所存数据，则出现相应的XPS谱图。
•表面、界面成分分析能力 * 较好的元素价态分析能力
化学位移分析：由于元素所处化学环境不同，内层电子的 轨道结合能也不同；通过测得元素的结合能和化学位移，鉴 定元素的化学价态； 结合能校准：标准样品测定化学位移——谱图上测量峰位 位移、测量双峰间的距离变化、测量半峰高宽变化；
* 成分深度的分析能力
横坐标为结合能，纵坐标为 光电子的计数率；谱峰为 光电子特征结合能； 4d 4p 4s 4p
4f
Binding energy (百度文库V)
Au XPS spectrum
一、固体样品：样品尺寸的限制—真空隔离要求的传递杆 技术；注意表面的成分的状态的保护； 二、粉体样品：双面胶带固定；压片法—加热，表面反应、 表面处理等动态分析要求 ； 三、特殊样品预处理： 1、含挥发性物质的样品—加热或溶剂清洗； 2、表面有机污染的样品：有机溶剂清洗—除有机溶剂； 3、带有微弱磁性的样品：退磁处理；禁止带有磁性样品 进入分析室； 四、绝缘样品和导电性不好的样品：仪器必须进行样品荷 电校准；
第六章
X射线光电子谱是重要的表面分析技术之一。它不仅
能探测表面以及深度的化学组成，而且可以确定各 元素的化学状态，因此，在化学、材料科学及表面 科学中得以广泛地应用。
XPS分析方法原理 XPS仪器基本结构 XPS主要分析技术
光电效应
根据Einstein的能量关系式有：h = EB + EK
6、X轴：点A(X)，再点右键，然后点set column values，出
现一个对话框，在from中填1，在to中填401(通道数)，在
col(A)中填BE始-0.05*(i-1)， 或直接填1486.6-KE始- 0.05*(i-1)，最后点do it。 7、此时即可以作出N1s谱图。 8、画出来的图有可能有一些尖峰，那是脉冲，应把它们去 掉，方法为点Data-Move Data Points，然后按键盘上的 或 箭头去除脉冲。
其中 为光子的频率，EB 是内层电子的轨道结
合能，EK 是被入射光子所激发出的光电子的动 能。实际的X射线光电子能谱仪中的能量关系。 其中以真空能级算起的结合能即
V EB h E K ( SP S )
EBV与以Fermi能级算起的结合能EBF间有
V F EB EB S
1 2
3
4
离子源
5
影响仪器特性的最主要部件和因素
一、仪器灵敏度：激发源强度；能量分析器的入口狭缝有效面积、立体 接收角；电子传输率、电子检测器类型； 二、仪器分辨率：X射线源的自然线宽、能量分析器的线宽、受激样品原 子的能级线宽；
一、X射线激发源：要求强度大、单色性好—激发源做单色化处理； 大面积源-Al/Mg双阳极靶；微聚焦源—单色源Al靶； 二、快速进样室：气体隔离室技术—预处理室：加热、蒸镀、刻蚀； 三、能量分析器： 电子传输率；能量分辨率；CMA /SDA—在高分辨 下有较高的灵敏度；减速—聚焦透镜→加大多功能能谱仪空间； 浸入式磁透镜； 四、检测器：数据采集—脉冲计数方法→电子倍增器+单粒子计数器； 位置灵敏检测器（PSD）→在聚焦面上同时平行安装—一组增加分 析器—出口处电子检测面积倍增，形成多元检测系统；平行成像 技术； 五、超真空系统：防气体覆盖、能量损失—三级真空泵联用：机械泵 +分子泵+溅射离子泵—钛升华泵； 六、其他附件：荷电中和枪；离子枪；
region满意，可改变这些峰的参数，然后再点
Optimise。
7、点Save XPS存图，下回要打开时点Open XPS就
可以打开这副图继续进行处理。
8、数据输出： 点Data――Print with peak parameters可打印带各峰参数 的谱图，通过峰面积可计算此元素在不同峰位的化学态的 含量比。 点Data――Export to clipboard，则将图和数据都复制到了 剪贴板上，打开文档（如Word文档），点粘贴，就把图和 数据粘贴过去了。 点Data――Export （spectrum），则将拟合好的数据存盘， 然后在Origin中从多列数据栏打开，则可得多列数据，并在 Origin中作出拟合后的图。
将拟合好的数据重新引回到Origin:
3、选择本底：点Background，因软件问题， High
BE和Low BE的位置最好不改，否则无法再回到
Origin，此时本底将连接这两点，Type可据实际
情况选择，一般选择Shirley 类型。
4、加峰：
点Add peak，出现小框，在Peak Type处选择s、p、d、
f等峰类型（一般选s），在Position处选择希望的峰位，需 固定时则点fix前小方框，同法还可选半峰宽（FWHM）、 峰面积等。各项中的constraints可用来固定此峰与另一峰 的关系，如Pt4f7/2和Pt4f5/2的峰位间距可固定为3.45，峰面 积比可固定为4:3等。点Delete peak可去掉此峰。然后再 点Add peak选第二个峰，如此重复。
SP和S分别是谱仪和样品的功函数
光电子的特征性
当一束光子辐照到样品表面时，光子可以被样品中某一元素的 原子轨道上的电子所吸收→电子脱离原子核的束缚，以一定的 动能从原子内部发射出来→自由的光电子；对于特定的单色激 发源和特定的原子轨道，其光电子的能量是特征的→其光电子 的能量仅与元素的种类和所电离激发的原子轨道有关； 1、根据光电子的能量，确定样品表面存在的元素； 2、根据光电子的数量，确定元素在表面的含量； 3、X射线束在表面扫描，可以测得元素在表面的分布； 4、采用离子枪溅射及变角技术，得到元素在深度方向的分布； 5、根据不同化学环境下光电子峰位移动、峰型、峰间距变化， 获得化学信息；
一个常数值，即荷电位移，每个样品有一个值在
邮件正文中给出。
3、再下面一个数据是步长值，如0.05或0.1或1，
每张谱图间有可能不一样。
4、继续向下,可以找到401或801这样的数，该数 为通道数，即有401或801个数据点。 5、再下面的数据开始两个数据是脉冲，把它们舍 去，接下来的401或801个数据都是Y轴数据， 将它们copy到B(Y)。
1、变角XPS深度分析：利用采样深度的变化获得元素浓度 与深度的对应关系；非破坏性分析；适用于1—5nm表面层； 2、Ar离子剥离深度分析：交替方式-循环数依据薄膜厚度及 8 深度分辨率而定；破坏性分析；
Ｘ射线光电子能谱
数据处理及分峰步骤
一、在Origin中作图步骤：
1、打开文件，可以看到一列数据，找到相应元素（如 N1s）对应的Region (一个Region 对应一张谱图), 一个文件有多个Region。 2、继续向下找到Kinetic Energy，其下面一个数据为 动能起始值，即谱图左侧第一个数据。用公式 BE始=1486.6-KE始- 换算成结合能起始值，是
5、拟合：选好所需拟合的峰个数及大致参数后，点
Optimise region进行拟合，观察拟合后总峰与原始峰
的重合情况，如不好，可以多次点Optimise region。 6、参数查看：拟合完成后，分别点另一个窗口中的
Rigion Peaks下方的0、1、2等可看每个峰的参数，
此时XPS峰中变红的为被选中的峰。如对拟合结果不
二、分峰步骤
1、将所拷贝数据转换成TXT格式：把所需拟合元素 的数据引入Origin后，将column A和B中的值复制 到一空的记事本文档中（即成两列的格式，左边 为结合能，右边为峰强），并存盘。如要对数据 进行去脉冲处理或截取其中一部分数据，需在 Origin中做好处理。
2、打开XPS Peak，引入数据：点Data----Import (ASCII)，引入所存数据，则出现相应的XPS谱图。
•表面、界面成分分析能力 * 较好的元素价态分析能力
化学位移分析：由于元素所处化学环境不同，内层电子的 轨道结合能也不同；通过测得元素的结合能和化学位移，鉴 定元素的化学价态； 结合能校准：标准样品测定化学位移——谱图上测量峰位 位移、测量双峰间的距离变化、测量半峰高宽变化；
* 成分深度的分析能力
横坐标为结合能，纵坐标为 光电子的计数率；谱峰为 光电子特征结合能； 4d 4p 4s 4p
4f
Binding energy (百度文库V)
Au XPS spectrum
一、固体样品：样品尺寸的限制—真空隔离要求的传递杆 技术；注意表面的成分的状态的保护； 二、粉体样品：双面胶带固定；压片法—加热，表面反应、 表面处理等动态分析要求 ； 三、特殊样品预处理： 1、含挥发性物质的样品—加热或溶剂清洗； 2、表面有机污染的样品：有机溶剂清洗—除有机溶剂； 3、带有微弱磁性的样品：退磁处理；禁止带有磁性样品 进入分析室； 四、绝缘样品和导电性不好的样品：仪器必须进行样品荷 电校准；
第六章
X射线光电子谱是重要的表面分析技术之一。它不仅
能探测表面以及深度的化学组成，而且可以确定各 元素的化学状态，因此，在化学、材料科学及表面 科学中得以广泛地应用。
XPS分析方法原理 XPS仪器基本结构 XPS主要分析技术
光电效应
根据Einstein的能量关系式有：h = EB + EK
6、X轴：点A(X)，再点右键，然后点set column values，出
现一个对话框，在from中填1，在to中填401(通道数)，在
col(A)中填BE始-0.05*(i-1)， 或直接填1486.6-KE始- 0.05*(i-1)，最后点do it。 7、此时即可以作出N1s谱图。 8、画出来的图有可能有一些尖峰，那是脉冲，应把它们去 掉，方法为点Data-Move Data Points，然后按键盘上的 或 箭头去除脉冲。
其中 为光子的频率，EB 是内层电子的轨道结
合能，EK 是被入射光子所激发出的光电子的动 能。实际的X射线光电子能谱仪中的能量关系。 其中以真空能级算起的结合能即
V EB h E K ( SP S )
EBV与以Fermi能级算起的结合能EBF间有
V F EB EB S
1 2
3
4
离子源
5
影响仪器特性的最主要部件和因素
一、仪器灵敏度：激发源强度；能量分析器的入口狭缝有效面积、立体 接收角；电子传输率、电子检测器类型； 二、仪器分辨率：X射线源的自然线宽、能量分析器的线宽、受激样品原 子的能级线宽；
一、X射线激发源：要求强度大、单色性好—激发源做单色化处理； 大面积源-Al/Mg双阳极靶；微聚焦源—单色源Al靶； 二、快速进样室：气体隔离室技术—预处理室：加热、蒸镀、刻蚀； 三、能量分析器： 电子传输率；能量分辨率；CMA /SDA—在高分辨 下有较高的灵敏度；减速—聚焦透镜→加大多功能能谱仪空间； 浸入式磁透镜； 四、检测器：数据采集—脉冲计数方法→电子倍增器+单粒子计数器； 位置灵敏检测器（PSD）→在聚焦面上同时平行安装—一组增加分 析器—出口处电子检测面积倍增，形成多元检测系统；平行成像 技术； 五、超真空系统：防气体覆盖、能量损失—三级真空泵联用：机械泵 +分子泵+溅射离子泵—钛升华泵； 六、其他附件：荷电中和枪；离子枪；
region满意，可改变这些峰的参数，然后再点
Optimise。
7、点Save XPS存图，下回要打开时点Open XPS就
可以打开这副图继续进行处理。
8、数据输出： 点Data――Print with peak parameters可打印带各峰参数 的谱图，通过峰面积可计算此元素在不同峰位的化学态的 含量比。 点Data――Export to clipboard，则将图和数据都复制到了 剪贴板上，打开文档（如Word文档），点粘贴，就把图和 数据粘贴过去了。 点Data――Export （spectrum），则将拟合好的数据存盘， 然后在Origin中从多列数据栏打开，则可得多列数据，并在 Origin中作出拟合后的图。
将拟合好的数据重新引回到Origin:
3、选择本底：点Background，因软件问题， High
BE和Low BE的位置最好不改，否则无法再回到
Origin，此时本底将连接这两点，Type可据实际
情况选择，一般选择Shirley 类型。
4、加峰：
点Add peak，出现小框，在Peak Type处选择s、p、d、
f等峰类型（一般选s），在Position处选择希望的峰位，需 固定时则点fix前小方框，同法还可选半峰宽（FWHM）、 峰面积等。各项中的constraints可用来固定此峰与另一峰 的关系，如Pt4f7/2和Pt4f5/2的峰位间距可固定为3.45，峰面 积比可固定为4:3等。点Delete peak可去掉此峰。然后再 点Add peak选第二个峰，如此重复。