XPS原理及分析.pptVIP

俄歇线 OKLL、CKLL KLL:左边代表起始空穴的电子层，中间代表填补起始空穴的电子所属的电子层，右边代表发射俄歇电子的电子层 C、XPS卫星线 用来照射样品的单色x射线并非单色，常规Al/Mg Ka1,2射线里混杂Ka3,4,5,6和Kb射线，它们分别是阳极材料原子中的L2和L3能级上的6个状态不同的电子和M能级的电子跃迁到K层上产生的荧光x射线效应。这些射线统称XPS卫星线。 Mg Ka射线的卫星峰 x射线卫星线 Al Ka 、Mg Ka卫星峰离主光电子峰的位移和相对强度 射线名称 Ka1,2 Ka3 Ka4 Ka5 Ka6 Kb Mg靶 高动能端位移 0eV 8.4eV 10.2eV 17.5eV 20.0eV 48.5eV 相对强度 100 9.2 5.1 0.8 0.5 2.0 Al靶 高动能端位移 0eV 9.8eV 11.8eV 20.1eV 23.4eV 69.7eV 相对强度 100 7.8 3.3 0.42 0.28 2.0 D、能量损失线 光电子能量损失谱线是由于光电子在穿过样品表面时发生非弹性碰撞，能量损失后在谱图上出现的伴峰 特征能量损失的大小与样品有关；能量损失峰的强度取决于：样品特性、穿过样品的电子动能 能量损失线 二氧化硅中O1s的能量损失峰 Al的2s的能量损失峰 a：清洁表面；b：氧化表面 E、电子的振激（Shake up）线和振离线（Shake off） 在光电发射中，由于内壳层形成空位，原子中心电位发生突变引起价壳层电子的跃迁，出现两个结果： 若价壳层电子跃迁到更高能级的束缚态称为电子的振激 若价壳层电子跃迁到非束缚的连续状态成了自由电子，则称为电子的振离。 振激过程 电子的振激（Shake up）线和振离线（Shake off） Cu、 CuO和Cu2O的结合能差距不大，鉴别困难。 Cu和Cu2O没有2p3/2谱线的振激峰；而CuO则有。 F、鬼线 XPS中出现的难以解释的光电子线 来源： 阳极材料不纯，有部分x射线来自杂质微量元素； 窗口出来-铝箔 XPS：定性分析方法 首先标识那些总是出现的谱线，e.g. C1s, CKLL, O1s, OKLL, O2s, x射线卫星峰和能量损失线； 根据结合能数值标识谱图中最强的、代表样品中主体元素的强光电子线，并且与元素内层电子结合能的标准值仔细核对，并找出与此匹配的其他弱光电子线和俄歇线群； 最后标出余下较弱的谱线，标识方法同上，标识它们应想到可能来自微量元素或杂质元素的信号，也可能来自强的Kb x射线等卫星峰的干扰； 对那些反复核对但没有归属的谱线，可能是鬼线； 2、XPS定量分析方法 将谱线强度信号→元素含量，即将峰的面积→相应元素的浓度。 直接用光电子的强度进行定量分析，误差大，∵不同壳层的光电子截面不同，光电离的几率不同。 元素灵敏度因子法——半经验 对单相、均一、无限厚的固体表面，从光电发射物理过程，可导出谱线强度公式： fo:x射线强度（光子数/cm2·s） r :被测元素原子密度（原子数/cm3） Q:待测谱线对应的轨道光电离截面（cm2） A0:被测试样有效面积（cm2） le :试样的电子逃逸深度（cm） F:考虑入射和出射电子间夹角变化影响的校正因子 y:形成特定能量光电过程效率 D:能量分析器对发射电子的检测效率 ∴ S——元素灵敏度因子 对2个元素有： Q、le 、y、D等对不同试样有相同的变化规律，即S1/S2不变； S值与材料基体性质无关，一般以氟F1s轨道光电子谱线的灵敏度因子为1。 ∴某元素所占原子分数为： 元素灵敏度因子法因受多因素影响，不可能很准确 谱线强度的确定 几何作图法： 称重法：沿谱线ACEDBFA剪下，称重（纸均匀） 机械积分法： 电子计算机拟合 XPS：定量分析方法－4 深度剖析 倾转样品法：z深度处发射的电子要经z/cosq的路程才能离开表面，逃逸几率随exp(-z/lm)而减少，∴改变倾斜角度可进行深度剖析 深度剖析 惰性气体离子束刻蚀法： 同AES、SIMS Co－Ni－Al多层磁带材料 1：Co 2： Al 3： C 4： O 耗时36h XPS：应用 表面全元素分析（全谱）： 存在：Ti, O, Si, C; Si的来源，可能： 涂层太薄（10nm） 热处理使基体扩散→涂层变薄 C的来源，可能： 溶胶 谱仪油污染碳 二氧化钛涂层玻璃 （溶胶－凝胶） 表面窄区谱分析： 分谱分析或高分辨谱分析 特点： 扫描时间长 通过能小 扫描步长小 扫描期间几十电子伏特内 以强光电子线为主 得到的是谱线的精细结构： 离子价态分析： 铜红玻璃与CuO不相似； 铜红玻璃与CuCl相似 →铜红玻璃为＋1价 铜红玻璃、化学试剂CuO和CuCl 元素不同离子价态比例： 每一拟合曲线代表一