XPS和俄歇电子能谱.ppt

3 3 光电子和俄歇电子能谱 原理 特点 应用 内容 * 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： 电子结合能 电子动能 原子的反冲能量， 可忽略不计 * 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 紫外光电子能谱(Ultraviolet Photoelectron Spectrometer 简称 UPS) UPS采用 或 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 光电子能谱 * 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。 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。 * 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。 光电子能谱的应用 * 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 * 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％. 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. * 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 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。 俄歇电子能谱 * 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 影响俄歇电子强度的因素 俄歇电子产额与原子序数的关系 由图可知，对于K层空穴Z19，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。Z33时，俄歇发射占优势。 * 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。 * 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。 * 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。 不足： * 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 俄歇电子能谱的应用 * 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 * 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