- 1、本文档共12页,可阅读全部内容。
- 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
- 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载。
- 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多
光电子能谱分析法基本原理课案
第十四章 X-射线光电子能谱法
14.1 引言
X-射线光电子谱仪(X-ray Photoelectron Spectroscopy,简称为XPS),经常又被称为化学分析用电子谱(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis,简称为ESCA),是一种最主要的表面分析工具。自19世纪60年代第一台商品化的仪器开始,已经成为许多材料实验室的必不可少的成熟的表征工具。XPS发展到今天,除了常规XPS外,还出现了包含有Mono XPS (Monochromated XPS, 单色化XPSX射线源已从原来的激发能固定的射线源发展到利用同步辐射获得X射线能量单色化并连续可调的激发源), SAXPS ( Small Area XPS or Selected Area XPS, 小面积或选区XPSX射线的束斑直径微型化到6μm) 和iXPS(imaging XPS, 成像XPS)的现代XPS现代XPS拓展了XPS的内容和应用。
XPS是当代谱学领域中最活跃的分支之一除了可以根据测得的电子结合能确定样品的化学成份外,XPS最重要的应用在于确定元素的化合状态。XPS分析导体、半导体甚至绝缘体表面的价态XPS的一大特色,是区别于其它表面分析方法的主要特点XPS技术,还可以进行薄膜材料的深度分析和界面分析。XPS表面分析的优点和特点可以总结如下:
⑴固体样品用量小,不需要进行样品前处理,从而避免引入或丢失元素所造成的错误分析
⑵表面灵敏度高,一般信息采样深度小于10nm
⑶分析速度快,可多元素同时测定
⑷可以给出原子序数3-92的元素信息,以获得元素成分分析
⑸可以给出元素化学态信息,进而可以分析出元素的化学态或官能团
⑹样品不受导体、半导体、绝缘体的限制等
⑺是非破坏性分析方法。结合离子溅射,可作深度剖析
目前,XPS主要用于金属、无机材料、催化剂、聚合物、涂层材料、纳米材料、矿石等各种材料的研究,以及腐蚀、摩擦、润滑、粘接、催化、包覆、氧化等过程的研究机械零件及电子元器件的失效分析材料表面污染物分析X射线照射固体样品,入射光子与样品相互作用,光子被吸收而将其能量转移给原子的某一壳层上被束缚的电子,此时电子把所得能量的一部分用来克服结合能和功函数,余下的能量作为它的动能而发射出来,成为光电子,这个过程就是光电效应。
该过程可用下式表示: hγ=Ek+Eb+Er (1.1) 式中: hγ:X光子的能量;Ek:光电子的能量; Eb:电子的结合能; Er:原子的反冲能量。中Er很小,可以忽略。对于固体样品,计算结合能的参考点不是选真空中的静止电子,而是选用费米能级,由内层电子跃迁到费米能级消耗的能量为结合能Eb,由费米能级进入真空成为自由电子所需的能量为功函数Φ,剩余的能量成为自由电子的动能Ek,式(1)又可表示为: Ek= hγ- Eb-Φ(1.2) Eb= hγ- Ek-Φ(1)Ek ――光电过程中发射的光电子的动能(测定值)
Eb ――内壳层束缚电子的结合能(计算值)
Φ――谱仪的功函数(已知值)
仪器材料的功函数Φ是一个定值,约为4eV,入射光子能量已知,这样,如果测出电子的动能Ek,便可得到固体样品电子的结合能。(Binding Energy,简称为B.E.), 其值等于把电子从所在的能级转移到Fermi能级时所需的能量。在XPS分析中,由于采用的X射线激发源的能量较高,不仅可以激发出原子价轨道中的价电子,还可以激发出芯能级上的内层轨道电子,其出射的光电子能量仅与入射光子的能量(即辐射源能量)及原子轨道结合能有关。因此,对于特定的单色激发源和特定的原子轨道,此时其光电子能量是特征的。当固定激发源能量时,其光电子能量仅与元素的种类和所电离激发的原子轨道有关。因此,我们可以根据光电子的结合能,判断样品中元素的组成这种由化学环境不同引起的结合能的微小差别叫化学位移Chemical shift)。利用化学位移值可以分析元素的化合价和存在形式XPS分析的最重要的应用之一。
在表面分析研究中,我们不仅需要定性地确定试样的元素种类及其化学状态,而且希望能测得它们的含量。X射线光电子能谱谱线强度反应的是原子的含量或相对浓度,测定谱线强度便可进行元素的半定量分析。光电子的强度不仅与原子浓度有关,而且也与光电子平均自由程、样品表面光洁程度、元素所处化学状态、X射线源强度、仪器状态等条件有关,因此,XPS技术一般不能给出所分析的某个元素的绝对含量,只能给出所分析各元素的相对含量,而且分析误差在10-15wt%左右。还需要指出的是,XPS是一种很灵敏的表面分析方法,具有很高的表面检测灵敏度,可以达到10-3原子单层。但是,对于体相的检测灵敏度仅为0.1%(原子分数,即元素的检测限)左右。
X光电子能谱法表
您可能关注的文档
最近下载
- 浙江省绍兴会稽联盟2023-2024学年高二上学期期末联考化学试题含解析.pdf VIP
- 中国华电集团招聘笔试题库2024.pdf
- 浙江省杭州市2023-2024学年高二上学期1月期末化学试题含解析.pdf VIP
- 登泰山记(ppt)课件.ppt
- 浙江省金华十校2023-2024学年高二上学期期末调研考试语文试卷含答案.pdf VIP
- 浙江省丽水市2023-2024学年高二上学期1月期末数学试题(含答案).pdf VIP
- ansys教学算例集筒型燃烧室内燃烧辐射分析.pdf
- 2022-2023年机场建设行业洞察报告.pdf VIP
- 360日志审计系统操作手册.pdf
- 电子工艺实习报告收音机(共10篇).docx VIP
文档评论(0)