X射线光电子谱(XPS)..

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XPS

谱图分析
XPS谱的一般特征 2. XPS谱中的俄歇谱线 产生原因：X 光使原子受激发而产生空穴，然后出现 Auger 退激发过程。
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XPS
谱图分析
俄歇谱线的特点：
其谱线位置不随X 光源而变，仅仅决定于能级差。 Auger 电子能量与激发源能量大小无关，而光电子的动 能随激发源能量增加而增加。所以使用双阳极时，XPS 峰的Ek可变而Eb不变，而Auger峰的Ek 固定。然而XPS 谱图用Eb = hν- Ek做横坐标，当Auger峰的Ek固定时， 谱线位置Eb随hν变化。 因此，可以通过改变激发源(如Al/Mg双阳极X射线源) 的方法，观察峰位的变化与否而识别Augar电子峰和X 射线光电子峰。
XPS激发光源——同步辐射
由电子直线加速器、助推同步加速器、内存（存
储环，封闭环形管道）、单色器等组成。
同步辐射源是十分理想的激发源，具有良好的单
色性，辐射光子的能量大，强度很高，且可提供 10 eV~10 keV连续可调的偏振光。
缺点是装置笨重、造价太大。
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XPS
执行指令
计算机
计算机的功能和速度影响着谱仪的解谱、数据运算等
能 量(eV) 半峰高宽 (eV)
Y
Zr Na Mg Al Si Ti
M
M K K K K K1
132.3
151.4 1041.0 1253.6 1486.6 1739.4 4511
0.44
0.77 0.4 0.7 0.8 0.8 1.4
Cr
Cu
K1
K1
5415
8048
2.1
2.5
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XPS
X射线光电子谱仪
XPS激发光源——特征X射线源
为了使特征 X 射线单色化，去掉副线和“白”线
（连续波长）X 线，采用晶体分光。
将X射线用石英晶体的(1010)面沿Bragg反射方向
衍射后便可使X射线单色化。X射线的单色性越高， 谱仪的能量分辨率也越高。
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XPS
X射线光电子谱仪
用石英晶体可将Al Kα 线分光后获得0.16eV 的宽度，但是
性能，并控制着仪器操作
收集资料

为了提高信噪比，测试中对样品进行8-10次扫描，计算机将 结果准确地送到相应的单元里迭加 傅里叶变换 峰面积计算 定量计算 平滑 解迭(Decomcolution of unresolved peaks)
数据加工



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XPS
扫描
宽程扫描 如果样品的化学组成未知，测试中首先要对样品进行 “指纹鉴定”—全扫描。分析器上的扫描电压为01100eV，视情可扩展到1200-1400 eV。 窄程扫描 鉴定特定元素的化学状态，定量分析，确定谱线位置时， 必须做高分辨扫描（能量范围以20-50 eV为宜）。
为了观察化学位移等微小的能量差，要求 X 射
线源的能量宽度尽可能小（单色性好）。
Al Kα 线强度高（光子能量为 1486.6eV ），能
量宽度为0.83eV; Mg的Kα线强度稍低（光子能 量为1253.6eV），能量宽度只有0.68eV。
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XPS射Βιβλιοθήκη 线X射线光电子谱仪XPS激发光源——特征X射线源
ESCA后来改称XPS XPS有以下特点
非破坏性
表面灵敏 可研究化学状态
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XPS
光电效应
光电效应
根据Einstein的能量关系式有：h = Eb + Ek
其中 为光子的频率，Eb 是内层电子的结合能，Ek 是被入射 光子所激发出的光电子的动能。
就固体而言，结合能是相对于费米能级（ EF）来说的。如
果简单地就采用这个公式，那么由于不同实验室和分析仪器
所测的电子动能不同，导致所求出的电子结合能不一致。
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XPS
光电效应
样品与分析器相连时，若
温度相同，则EF也相同。 由能量守恒定律，有 hν = Eb + Φs + Ek’ Φs是逸出功（也叫功函） 电子进入能量分析器，Ek’ 变成Ek，有 Ek + Φsp = Ek’ + Φs 因此Eb = hν – Ek – Φsp 式中hν是激发光源的能量， Φsp是能量分析器的功函，
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XPS
X射线光电子谱仪
X射线光电子谱仪结构示意图
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XPS
特征X射线源
X射线光电子谱仪
用于产生具有一定能量
的X射线的装置，在目前 的商品仪器中，一般以 Al/Mg双阳极X射线源最 为常见。 作为X射线光电子谱仪的 激发源，希望其强度大、 单色性好。
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XPS
X射线光电子谱仪
XPS激发光源——特征X射线源
及其同事经过近20年的潜心研究建立起了XPS分析方法。
他们发现了内层电子结合能的位移现象（化学位移效应），
解决了电子能量分析等技术问题，测定了元素周期表中各 元素轨道结合能，并成功地应用于许多实际的研究体系。
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XPS
引言
K. Siegbahn 给这种谱仪取名为化学分析电子能谱
(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)， 简称为“ESCA”，这一称谓仍在分析领域内广泛使用。
X射线光电子谱(XPS)
X-ray Photoelectron Spectroscopy
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XPS
引言
X 射线光电子谱是重要的表面分析技术之一。它不仅能探
测表面的化学组成，而且可以确定各元素的化学状态（元 素所处的化学环境）。
十九世纪末发现了光电发射现象（光电效应）。
二十世纪五十年代末，瑞典 Uppsala 大学的 K. Siegbahn
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XPS
扫描
角分布扫描 光电发射并非各向同性，与方位角θ、ψ有关。因此可 以选定一个角度，变化能量扫描；或固定能量，变化不 同θ、ψ角进行测量而得到角分布光电子谱。
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XPS

谱图分析
XPS谱的一般特征 1. 二次电子本底 如图所示整个谱图自左向 右阶梯形下降，其原因是 有些光电子从固体向真空 发射时，经历了各种非弹 性散射过程而损失一定的 能量（表现为动能的减小 和结合能的增大）。这些 电子形成了主峰左边的那 个长“尾巴”，每条谱线 的“尾巴”就组成了那个
也使光电子强度减小
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XPS
X射线光电子谱仪
XPS激发光源——特征X射线源 在一般的X射线光电子谱仪中，没有X射线单色器， 只是用一很薄(1~2 m)的铝箔窗将样品和激发源 分开，以防止X射线源中的散射电子进入样品室， 同时可滤去相当部分的轫致辐射所形成的X射线本 底。
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XPS
X射线光电子谱仪