(完整版)XPS和俄歇电子能谱
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俄歇电子产额与原子序数的关系
• 逃逸深度 逃逸出的俄歇电子的强度与样品的取样深度
存在指数衰减关系。 N=N0e-z/λ
N为到达表面的俄歇电子数，No为所有的俄 歇电子数，Z为样品取样深度，λ为非弹性散射平 均自由程。
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俄歇电子能谱的优点：
① 作为固体表面分析法，其信息深度取决于俄歇电 子逸出深度(电子平均自由程)。对于能量为50eV~2keV 范围内的俄歇电子，逸出深度为0.4~2nm。深度分辨率 约为1nm，横向分辨率取决于入射束斑大小。 ② 可分析除H、He以外的各种元素。 ③ 对于轻元素C、O、N、S、P等有较高的分析灵敏度。 ④ 可进行成分的深度剖析或薄膜及界面分析。
缺点:
由于X射线不易聚焦，因而照射面积不大，不 适宜微区分析。
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光电子能谱的应用
1．元素及其化学状态的定性分析
❖ 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)确定样品中存在哪些元 素(及这些元素存在于何种化合物中)。
❖ 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进行全扫描，以确定样品中存
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不足：
① 不能分析氢和氦元素； ② 定量分析的准确度不高； ③ 对多数元素的探测灵敏度为原子摩尔分数
0.1%~1.0% ④ 电子束轰击损伤和电荷积累问题限制其在有机材
料、生物样品和某些陶瓷材料中的应用； ⑤ 对样品要求高，表面必须清洁。
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俄歇电子能谱的应用
1．定性分析
作用：根据实测的直接谱(俄歇峰)或微分谱上的负 峰的位置识别元素。
方法：与标准谱进行对比。 注意：由于电子轨道之间可实现不同的俄歇跃迁
过程，所以每种元素都有丰富的俄歇谱，由此 导致不同元素俄歇峰的干扰。
对于原子序数为3~14的元素，最显著的俄 歇峰是由KLL跃迁形成的；对于原子序数14~40 的元素，最显著的俄歇峰则是由LMM跃迁形成 的
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右图为俄歇电子能量图 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
3．化学结构分析 通过谱峰化学位移的分析不仅可以确定元
素原子存在于何种化合物中，还可以研究样品 的化学结构.
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俄歇电子能谱
❖俄 歇 电 子 能 谱 (Auger Electron Spectrometer 简称 AES)主要是通过检测俄歇电子的能量和强 度，从而获得有关材料表面化学成分和结构的信 息的方法
❖紫 外光 电 子能 谱 (Ultraviolet Photoelectron Spectrometer 简称 UPS) UPS采用He I(21.2eV) 或 He II(40.8eV)作激发源,与X 射线相比能量较低，只能使原子的价电子电离
4
光电子能谱的最大特点:
可以获得丰富的化学信息，它对样品的损伤 最轻微，定量也是最大。
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2．定量分析
❖ 基本上是半定量的水平(常规情况下，相对精度仅 为30%左右)
❖ 常用的定量分析方法是相对灵敏度因子法。该法 准确性较低，但不需标样，因而应用较广。
3.化学价态分析
由于俄歇电子能谱的分辨率低以及化学位移理 论分析的困难，因而这一应用未能得到足够重视。
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谢谢!
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在的元素；然后再对所选择的峰进行窄扫描，以确定 化学状态。
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应用实例
❖ 右图为已标识的 (C3H7)4NS2PF2的X射线 光电子谱图。
❖ 由图可知，除氢以外， 其它元素的谱峰均清 晰可见。图中氧峰可 能是杂质峰，或说明 该化合物已部分氧化。 (C3H7)4NS2PF2的XPS谱图
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2．定量分析 方法：理论模型法、灵敏度因子法、标样法等。 应用最广的是元素(原子)灵敏度因子法, 一般误差可以不超过20％.
光电子和俄歇电子能谱
内容
❖ 原理 ❖ 特点 ❖ 应用
2
原理
光电效应：光子的所有能量消耗于结合 电子的激发
能量关系可表示：
hv Eb Ek Er
电子结合能 电子动能
原子的反冲能量， 可忽略不计
3
光电子能谱
根据激发源不同主要分为：
❖X 射 线 光 电 子 能 谱 (X-Ray Photoelectron Spectrometer 简称 XPS) XPS采用能量为1000-1500ev的射线源，能激发 内层电子
AES大多用电子作激发源，因为电子激发得 到的俄歇电子谱强度较大。
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影响俄歇电子强度的因素
• 元素的量
• 原子的电离截面 当原子与外来粒子发生作用时，发生电子跃
迁产生的概率
• 俄歇产率
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。
俄歇电子产额与原子序数的关系
• 逃逸深度 逃逸出的俄歇电子的强度与样品的取样深度
存在指数衰减关系。 N=N0e-z/λ
N为到达表面的俄歇电子数，No为所有的俄 歇电子数，Z为样品取样深度，λ为非弹性散射平 均自由程。
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俄歇电子能谱的优点：
① 作为固体表面分析法，其信息深度取决于俄歇电 子逸出深度(电子平均自由程)。对于能量为50eV~2keV 范围内的俄歇电子，逸出深度为0.4~2nm。深度分辨率 约为1nm，横向分辨率取决于入射束斑大小。 ② 可分析除H、He以外的各种元素。 ③ 对于轻元素C、O、N、S、P等有较高的分析灵敏度。 ④ 可进行成分的深度剖析或薄膜及界面分析。
缺点:
由于X射线不易聚焦，因而照射面积不大，不 适宜微区分析。
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光电子能谱的应用
1．元素及其化学状态的定性分析
❖ 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)确定样品中存在哪些元 素(及这些元素存在于何种化合物中)。
❖ 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进行全扫描，以确定样品中存
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不足：
① 不能分析氢和氦元素； ② 定量分析的准确度不高； ③ 对多数元素的探测灵敏度为原子摩尔分数
0.1%~1.0% ④ 电子束轰击损伤和电荷积累问题限制其在有机材
料、生物样品和某些陶瓷材料中的应用； ⑤ 对样品要求高，表面必须清洁。
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俄歇电子能谱的应用
1．定性分析
作用：根据实测的直接谱(俄歇峰)或微分谱上的负 峰的位置识别元素。
方法：与标准谱进行对比。 注意：由于电子轨道之间可实现不同的俄歇跃迁
过程，所以每种元素都有丰富的俄歇谱，由此 导致不同元素俄歇峰的干扰。
对于原子序数为3~14的元素，最显著的俄 歇峰是由KLL跃迁形成的；对于原子序数14~40 的元素，最显著的俄歇峰则是由LMM跃迁形成 的
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右图为俄歇电子能量图 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
3．化学结构分析 通过谱峰化学位移的分析不仅可以确定元
素原子存在于何种化合物中，还可以研究样品 的化学结构.
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俄歇电子能谱
❖俄 歇 电 子 能 谱 (Auger Electron Spectrometer 简称 AES)主要是通过检测俄歇电子的能量和强 度，从而获得有关材料表面化学成分和结构的信 息的方法
❖紫 外光 电 子能 谱 (Ultraviolet Photoelectron Spectrometer 简称 UPS) UPS采用He I(21.2eV) 或 He II(40.8eV)作激发源,与X 射线相比能量较低，只能使原子的价电子电离
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光电子能谱的最大特点:
可以获得丰富的化学信息，它对样品的损伤 最轻微，定量也是最大。
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2．定量分析
❖ 基本上是半定量的水平(常规情况下，相对精度仅 为30%左右)
❖ 常用的定量分析方法是相对灵敏度因子法。该法 准确性较低，但不需标样，因而应用较广。
3.化学价态分析
由于俄歇电子能谱的分辨率低以及化学位移理 论分析的困难，因而这一应用未能得到足够重视。
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谢谢!
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在的元素；然后再对所选择的峰进行窄扫描，以确定 化学状态。
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应用实例
❖ 右图为已标识的 (C3H7)4NS2PF2的X射线 光电子谱图。
❖ 由图可知，除氢以外， 其它元素的谱峰均清 晰可见。图中氧峰可 能是杂质峰，或说明 该化合物已部分氧化。 (C3H7)4NS2PF2的XPS谱图
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2．定量分析 方法：理论模型法、灵敏度因子法、标样法等。 应用最广的是元素(原子)灵敏度因子法, 一般误差可以不超过20％.
光电子和俄歇电子能谱
内容
❖ 原理 ❖ 特点 ❖ 应用
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原理
光电效应：光子的所有能量消耗于结合 电子的激发
能量关系可表示：
hv Eb Ek Er
电子结合能 电子动能
原子的反冲能量， 可忽略不计
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光电子能谱
根据激发源不同主要分为：
❖X 射 线 光 电 子 能 谱 (X-Ray Photoelectron Spectrometer 简称 XPS) XPS采用能量为1000-1500ev的射线源，能激发 内层电子
AES大多用电子作激发源，因为电子激发得 到的俄歇电子谱强度较大。
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影响俄歇电子强度的因素
• 元素的量
• 原子的电离截面 当原子与外来粒子发生作用时，发生电子跃
迁产生的概率
• 俄歇产率
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。