duke—xpstechnology(x射线光电子能谱)—nov.4.2011.ppt

XPS 分析中注意的问题 B、俄歇线（Auger Lines）： 俄歇过程是一个三电子过程。俄歇电子的动能，在考虑了驰豫和样品与仪器接地后，可以如下计算： 式中ER是驰豫能，W‘是仪器的功函数。从式中看出，俄歇电子的动能与激发源无关。 由于俄歇电子的动能与激发源无关，使用不同的激发源对同一个样品采集谱线时，在功能为横坐标的谱图里，俄歇线的能量位置不变；在以结合能为横坐标的谱图里，光电子线的能量位置不变，而俄歇线的位置发生了改变。利用这一点，在区分光电子线和俄歇线有困难时，可以利用换靶的方式区分。 另外，俄歇线也有化学位移，而且与光电子线的位移方向一致。有时候鼓动性位移不明显时，可以利用俄歇线位移，对元素化学状态提供信息。 状态变化 Cu?Cu2O Zn ? ZnO Mg ? MgO Ag ?Ag2SO4 In ?In2O3 光电子位移/eV 俄歇线位移/eV 0.1 2.3 0.8 4.6 0.4 6.4 0.2 4.0 0.5 3.6 XPS 分析中注意的问题 C、X射线卫星峰（X－ray Satellites） 用来照射样品的X射线并非单色光，因此，处了X射线的特征线可以激发光电子外，X射线的卫星线也可以激发光电子。这样，在XPS谱图中的光电子主线附近，出现X射线卫星峰。因为这些光电子具有较高的动能，所以他们经常在低结合能端或者高动能端，强度较弱。 D、多重分裂（Multiple Splitting） 当原子或者自由离子的价壳层上拥有未成对的自选电子时，光致电离所形成的内壳层空位同价带上未成对的自旋电子发生耦合，使体系不止出现一个终态。一个终态，XPS谱图上有一条谱线，这就是多重分裂。过渡金属、稀土和锕系元素的XPS谱图多出现多重分裂现象。 XPS 分析中注意的问题 E、能量损失线（Energy Loss Lines） 光电子的能量损失谱线时由于光电子在穿过样品表面时同原子（分子）发生非弹性碰撞、损失能量后在谱图上出现的伴峰。特征能量损失的大小同所分析的样品有关。在固体中，能量损失线的形状非常复杂。 对于金属，通常在光电子主峰的低动能端（高结合能端）的5～20eV处观察到主要损失峰，随后在谐波区间出现一系列次级峰。 对于非导体，通常看到的是一个拖着尾巴的拖尾峰。 XPS 分析中注意的问题 F、电子的振激（Shape up）和振离（Shake Off）谱线 在光电发射中，由于内壳层形成空位，原子中心电位发生突然变化将引起价壳层电子的跃迁。有两种可能：（1）价壳层电子跃迁到更高能级的束缚态，则称之为电子的振激；（2）如果价壳层电子跃迁到非束缚的连续状态成为自由电子，则成为电子的振离。 振激和振离都会降低光电子的动能，从而在光电子的低动能端出现伴峰（振激）或者台阶（振离）：即在某个能量开始，出现连续的较高本底。 能级的连续与不连续性造成的差异。 XPS 分析中注意的问题 G、鬼峰（Ghost Lines） XPS谱图中有时会出现一些难以解释的光电子线，这是要考虑该线是否是鬼线。鬼线的来源是由于阳极靶材料不纯，含有微量的杂质。这时X射线不仅仅来自于阳极靶材料，还来自于杂质，或者是X射线的窗口材料等。来自杂质元素的X射线同样可以激发光电子，从而在XPS谱图上，出现彼此交错的光电子线，如同“幽灵”一样出没。因此，在分析XPS谱图时，如果遇到不能解释的光电子线，应该慎重。 XPS 的应用 XPS是一种非破坏性性的表面分析手段。灵敏度在0.1%左右。是一种微量分析技术，对痕量分析效果较差。 XPS可以对许多元素进行定性、半定量和定量分析，特别适合于分析原子的价态和化合物的 结构。是最有效的元素定性分析方法之一，原则上可以鉴定周期表中除氢之外的所有元素。 1、表面全元素分析 2、元素窄区谱分析 3、材料表面不同元素之间的定量分析 4、深度分析 5、高分子结构分析 XPS technology Prepared by Duke/ST-Metrology Reference material: 1、《材料结构表征及应用》，吴刚主编，化学工业出版社 2、《现代分析技术》，陆家和，陈长彦主编，清华大学出版社 3、网上的若干网站，会有一些资料。 X射线光电子能谱分析 电子能谱分析是一种研究物质表层元素组成与离子状态的表面分析技术。其基本原理是利用单色X射线照射样品，使样品中原子或者分子的电子受激发射，然后测量这些电子的能量分布。 通过与已知元素的原子或者离子的不同壳层的电子的能量相比较，就可以确定未知样品中原子或者离子的组成和状态。 X射线 电子 电子 被测样品 一般认为，表层的信息深度为10 nm左右。如果利用深度剖析技术如离子束溅射等，可以对样品进行深度分析。 常用的电子能谱技术有：X射线光电子能谱分析（XPS）俄歇电子能谱分析（AES）