表面分析方法PPT课件

紫外光电子能谱图的形状取决于入射光子的能量 和电离后离子的状态以及具体的实验条件。
7.2.4. 俄歇电子能谱法
Auger电子能谱法(AES)是用具有一定能量的电子 束(或X射线)激发试样，以测量二次电子中的那些与入 射电子能量无关，而本身具有确定能量的Auger电子峰 为基础的分析方法。
7.2.4.1. Auger电子能谱的产生
电荷转移、价电子 谱、等离子激发。
7.2.5. 电子能谱仪
电子能谱仪通常采用的激发源有三种：X射线源、 真空紫外灯和电子枪。由于各能谱仪之间除激发源不 同外，其他部分基本相同，因此，配备不同激发源， 可使一台能谱仪具有多种功能。
7.2.5.1. 激发源
7.2.5.2．单பைடு நூலகம்器—电子能量分析器
7.2.4.5. Auger电子能谱
1. Auger电子峰 Auger电子的能量只与所发生的Auger跃迁过程有关，
因此它具有特征性，可据此进行定性分析。
7.2.4.5. Auger电子能谱
2. 化学环境的影响
Auger电子能谱能 反映3类化学效应—即 原子化学环境的改变引 起Auger电子能谱结构 的变化：
7.2.1. 光电子能谱法基本原理
物质受光作用释放出电子的现象称为光电效应。 光电离作用：
光子的能量：
7.2.1. 光电子能谱法基本原理
电子能谱法所能研究的信息深度d取决于逸出电 子的非弹性碰撞平均自由程λ。
所谓平均自由程(电子逸出深度)是指电子在经受 非弹性碰撞前所经历的平均距离。电子平均自由程λ 与其动能大小和样品性质有关，金属中为0.5 ～ 2 nm， 氧化物中为1.5 ～ 4 nm，有机和高分子化合物中为 4 ～ 10 nm。一般认为d =3λ。
表面包括微区分析，涉及微电子器件、催化、材 料及高新技术等众多领域。本章介绍表面及微区分析 及表征的方法和技术。
7.1. 概论
表面分析是指对表面及微区的特性和表面现象 进行分析、测量的方法和技术，包括表面组成、结 构、电子态和形貌等。
表面分析与表征涉及的内容很多，没有一种单 独的方法能提供所有这些信息。
表面分析按表征技术分为4类：电子束激发、光 子激发、离子轰击、近场显微镜法。
按用途划分：组分分析、结构分析、原子态分 析、电子态分析等。
7.2. 光电子能谱法
光电子能谱法是指采用单色光或电子束照射试样， 使电子受到激发而发射，通过测量这些电子的（相对） 强度与能量分布的关系，从中获得有关信息。
用X射线作激发源的称X射线光电子能谱(XPS)、 用紫外光作激发源的称紫外光电子能谱(UPS)、测量 俄歇电子能量分布的称俄歇电子能谱(AES)。有的教 材将前两者称为光子探针技术，而将AES称为电子探 针技术。
7.2.4.2. Auger电子产额
对于K型跃迁，设发射X射线荧光的概率为PKX， 发射K系Auger电子的概率为PKA，则K层X射线荧光的 产额YKX为：
YKX ＝PKX/(PKX + PKA) K系Auger电子的产额为
YKA=1 - YKX
7.2.4.3. Auger电子峰的强度
Auger电子峰的强度IA主要由电离截面Qi和Auger 电子发射概率PA决定：
IA∝ Qi•PA
电离截面与被束缚电子i的能量(Ebi)和入射电子束 能量(Ein)有关。一般来说，当Ein≈3 Ebi时，Auger电流 较大。若Ein < Ebi，入射电子的能量不足以使i能级电离， Auger电子产额等于0；若Ein过大，入射电子与原子相 互作用时间过短，也不利于产生Auger电子。通常采用 较小的入射角(10° 30°)，可增大检测体积，获得较 大的Auger电流。
7.2.4.4. Auger电子的能量
Auger电子的动能只与电子在物质中所处的能级及 仪器的功函数 有关，与激发源的能量无关。
因此，要在X光电子能谱中识别Auger电子峰，可 变换X射线源的能量，X光电子峰会发生移动，而 Auger电子峰的位置不变。据此可加以区别。
固体物质的K LI LII Auger电子的能量应为：
第7章 表面分析方法
7.1. 概论 在仪器分析中，把物体与真空或气体间的界面称
为表面，通常研究的是固体表面；当分析区域的横向 线度小于100μm量级时称为微区。
表面是固体的终端，表面原子有部分化学键伸向 空间，具有很活跃的化学性质。
表面的化学组成、原子排列、电子状态等往往和 体相不同，并将决定表面的化学反应活性、耐腐蚀性、 粘性、湿润性、摩擦性及分子识别特性等。
由固体的热效应及表面荷电作用等物理因素引起 的谱峰位移称为物理位移。由电子所处的化学环境不 同而引起的谱峰位移称为化学位移。
7.2.3. 紫外光电子能谱法
7.2.3.1.电离能
由于紫外线的能量比X射线能量低，只能激发原子 或分子的价电子，因此，它所测定的是价电子的结合 能，习惯上称为电离能。
7.2.3.2. 紫外光电子能谱图
电子能谱的取样深度一般很浅，在30 nm以内， 是一种表面分析技术。
7.2.2. X 射线光电子能谱法
瑞典Uppsala大学Siegbahn K M(1981年诺贝尔物 理学奖获得者)及其同事建立的一种分析方法。
理论依据是Einstein的光电子发射公式（光电效 应），实际分析中，不仅用XPS测定轨道电子结合能， 还经常用量子化学方法进行计算，并将两者进行比较。
由于各种原子、分子的轨道电子结合能是一定的， XPS可用来测定固体表面的电子结构和表面组分的化 学成分，因此，XPS又称为化学分析光电子能谱法 （Electron Spectroscopy for Chemical Analysis， ESCA）。
7.2.2.1.电子结合能
电子结合能是指一个原 子在光电离前后的能量差， 即原子终态(2)与始态(1)之 间的能量差：
Eb = E(2) - E(1) 气体试样可以视为自由原子 或分子。 固体试样：
7.2.2.2. X射线光电子能谱图
X射线光电子能谱图是以检测器单位时间内接收 到的光电子数(光电子强度)对电子结合能或光电子动 能作图。
XPS主要是研究原子的内层电子结合能。
7.2.2.3. 谱峰的物理位移和化学位移