XPS谱图的形式.ppt

第5章、谱图的一般特征 XPS谱图的初级结构 XPS谱图的次级结构 AES谱图的特征性质 5.0、XPS谱图的形式 XPS谱图的采集： XPS谱图是通过用X射线照射样品材料的同时测量从材料表面出射的电子的能量和数目而得到的。 XPS谱图的形式： 光电子信号强度I 随能量的变化关系(I ~ EB)； 数据采集模式： 全扫描谱(Survey scan)：扫描能量范围宽（0?1100eV），灵敏度高(分辨力低)，元素鉴别。 高分辨谱(Detail scan)：扫描能量范围窄(20eV左右)，分辨力高，主要用于元素化学态分析。 5.0、XPS谱图的形式 在XPS谱图中可观察到多种类型的谱峰。 一部分是基本的并总可观察到—初级结构 另一些依赖于样品的物理和化学性质—次级结构 光电发射过程常被设想为三步（三步模型）： 光吸收和电离（初态效应）； 原子响应和光电子发射（终态效应）； 电子向表面输运并逸出（外禀损失）。 所有这些过程都对XPS谱的结构有贡献。 5.1、XPS谱图的初级结构 光电子谱峰 俄歇电子谱峰 价带谱 5.1.1、光电子谱线(photoelectron lines) 由于X射线激发源的光子能量较高，可以同时激发出多个原子轨道的光电子，因此在XPS谱图上会出现多组谱峰。由于大部分元素都可以激发出多组光电子峰，因此可以利用这些峰排除能量相近峰的干扰，非常有利于元素的定性标定。 最强的光电子线是谱图中强度最大、峰宽最小、对称性最好的谱峰，称为XPS的主谱线。每一种元素都有自己的具有表征作用的光电子线。它是元素定性分析的主要依据。 光电子峰的标记:以光电子发射的元素和轨道来标记，如 C1s，Ag3d5/2等 此外，由于相近原子序数的元素激发出的光电子的结合能有较大的差异，因此相邻元素间的干扰作用很小。 峰位置(结合能)。与元素及其能级轨道和化学态有关。 峰强度。与元素在表面的浓度和原子灵敏度因子成正比。 对称性。金属中的峰不对称性是由金属EF附近小能量电子-空穴激发引起，即价带电子向导带未占据态跃迁。不对称度正比于费米能级附近的电子态密度。 峰宽(FWHM)光电子线的谱线宽度来自于样品元素本质信号的自然宽度Γ、X射线源的自然线宽、仪器参数以及样品自身状况的宽化因素等四个方面的贡献。 一般高分辨主峰峰宽值在0.3～1.7 eV之间。 （1）光电子谱线特征 Ag3d:10-14s Ag3s:10-15s 光电离过程中，电子占有能级的宽度 XPS谱显示出一特征的阶梯状本底，光电发射峰的高结合能端本底总是比低结合能端的高。这是由于体相深处发生的非弹性散射过程（外禀损失）造成的。 （2）非弹性本底 平均来说，只有靠近表面的电子才能无能量损失地逸出，分布在表面中较深处的电子将损失能量并以减小的动能或增大的结合能的面貌出现，在表面下非常深的电子将损失所有能量而不能逸出。 （3）自旋-轨道分裂(SOS) 自旋-轨道分裂是一初态效应。对于具有轨道角动量的轨道电子，将会发生自旋(s)磁场与轨道角动量(l)的耦合。总角动量 j =?l?s?。对每个j值自旋-轨道分裂能级的简并度 = 2j + 1。 s 轨道无自旋-轨道分裂 – XPS中单峰 p, d, f … 轨道是自旋-轨道分裂的 – XPS中双峰 双峰中低j值的结合能EB较高(EB 2p1/2 EB 2p3/2) 自旋-轨道分裂的大小随Z增加 自旋-轨道分裂的大小随与核的距离增加(核屏蔽增加)而减小 5.1.2、俄歇电子谱线(Auger lines) 由弛豫过程中(芯能级存在空穴后)原子的剩余能量产生。它总是伴随着XPS，具有比光电发射峰更宽和更为复杂的结构，其动能与入射光子的能量h?无关。 在XPS中，可以观察到KLL, LMM, MNN和NOO四个系列的俄歇线。 俄歇电子峰多以谱线群的形式出现。 5.1.3、价带谱结构 由固体材料中原子和分子价电子能级所形成宽的能带结构。 价电子形成有效的分子轨道而属于整个分子。 根据价电子线的结合能的变化和价电子线的峰形变化的规律来判断该元素在不同化合物分子中的化学状态及有关的分子结构。 5.2、XPS谱图的次级结构 震激谱峰 多重分裂峰 能量损失峰 5.2.1、震激谱线(shake-up lines) 震激特征在与顺磁物质关联的过渡金属氧化物中是十分普遍的。常出现在具有未充满的d或f价轨道的过渡金属化合物和稀土化合物中。 某些具有共轭?电子体系的化合物。 有机物中碳的C 1s震激峰(???*)与芳香或不饱和结构相关。出现在比主峰结合能约高6.7 eV的位置处。 5.2.2、多重分裂(multiplet splitting) 偶尔会看到s轨道的分裂。与价壳层中存在未配对电子相关。 这种现象普遍发生在过渡元素及其化合物里，其裂分的距离往往是