电子能谱材料分析全解析要点.ppt

电子能谱 根据激发源的不同，电子能谱又分为: X射线光电子能谱(简称 XPS) (X-Ray Photoelectron Spectrometer) 紫外光电子能谱(简称 UPS) (Ultraviolet Photoelectron Spectrometer) 俄歇电子能谱(简称 AES) (Auger Electron Spectrometer) 电子能谱的基本原理 紫外光电子能谱(UPS) 谱图特征 振动精细结构 CO的光电子能谱及其相关能级图 O2和O2＋的分子轨道示意图 自旋－轨道耦合 自旋－自旋耦合 X射线光电子能谱（XPS） 谱图特征 金属铝低结合能端的放大谱(精细结构) 化学位移 化学位移现象起因及规律 俄歇电子能谱(AES) 俄歇过程和俄歇电子能量 俄歇跃迁能量的另一表达式为： 俄歇谱图 化学效应 2）当俄歇跃迁涉及到价电子能带时，情况就复杂了，这时俄歇电子位移和原子的化学环境就不存在简单的关系，不仅峰的位置会变化，而且峰的形状也会变化。 3)能量损失机理导致的变化将改变俄歇峰低能侧的拖尾峰。 由于俄歇电子位移机理比较复杂，涉及到三个能级，不象X射线光电子能谱那样容易识别和分析，并且通常使用的俄歇谱仪分辨率较低，这方面的应用受到了很大的限制。 电子能谱仪简介 激发源 1.Ｘ射线源 2.紫外光源 3.电子源 电子能量分析器 半球形电子能量分析器 筒镜形电子能量分析器 检测器 真空系统 样品处理 应用举例 表面组成的分析 样品的深度分析 化学状态的鉴定 Ni-P合金的Ni 2p3/2 XPS谱 Ni-P合金的O 1s XPS谱 Ni-P合金中P的2p XPS谱 氧吸附对表面B和Ni的影响 在催化研究中的应用 MoO3/Al2O3催化剂的XPS谱 半球形分析器示意图 筒镜分析器示意图 检测器通常为单通道电子倍增器和多通道倍增器 光电子或俄歇电子流 倍增器 通道电子倍增器是一种采用连续倍增电极表面（管状通道内壁涂一层高阻抗材料的薄膜）静电器件。内壁具有二次发射性能。电子进入器件后在通道内连续倍增，增益可达 109 。 多通道检测器是由多个微型单通道电子倍增器组合在一起而制成的一种大面积检测器，也称位敏检测器（PSD）或多阵列检测器。 电子能谱仪的真空系统有两个基本功能。 1、使样品室和分析器保持一定的真空度，以便使样品发射出来的电子的平均自由程相对于谱仪的内部尺寸足够大，减少电子在运动过程中同残留气体分子发生碰撞而损失信号强度。 2、降低活性残余气体的分压。因在记录谱图所必需的时间内，残留气体会吸附到样品表面上，甚至有可能和样品发生化学反应，从而影响电子从样品表面上发射并产生外来干扰谱线。 298K吸附一层气体分子所需时间 10-4Pa时为1秒；10-7Pa时为1000秒 气化 冷冻 气体 液体 固体 采用差分抽气的方法把气体引进样品室直接进行测定 块状：直接夹在或粘在样品托上在样品托上；粉末：可以粘在双面胶带上或压入铟箔（或金属网）内，也可以压成片再固定在样品托上。 （1）真空加热；（2）氩离子刻蚀。 电子能谱仪原则上可以分析固体、气体和液体样品。 校正或消除样 品的荷电效应 电中和法、内标法和外标法 电子能谱目前主要应用于催化、金属腐蚀、粘合、电极过程和半导体材料与器件等这样一些极有应用价值的领域，探索固体表面的组成、形貌、结构、化学状态、电子结构和表面键合等信息。随着时间的推移，电子能谱的应用范围和程度将会越来越广泛，越来越深入。 UPS主要用于提供 1）清洁表面或有化学吸附物的表面的电子结构； 2）参与表面化学键的金属电子和分子轨道的组合等信息； 3）有关电子激发和电荷转移的信息。 XPS 是用X射线光子激发原子的内层电子发生电离，产生光电子，这些内层能级的结合能对特定的元素具有特定的值，因此通过测定电子的结合能和谱峰强度，可鉴定除H和He（因为它们没有内层能级）之外的全部元素以及元素的定量分析。 AES 也不能分析H、He，对样品有一定的破坏作用，但其具有表面灵敏度高（检测极限小于10-18g）、分析速度快等优点，在表面科学领域主要进行 1）表面组成的定性和定量； 2）表面元素的二维分布图和显微像； 3）表面元素的三维分布分析; 4）表面元素的化学环境和键合等方面的研究。 Ag-Pd合金退火前后的AES谱 a.退火前；b.700K退火5min. 研究表明，表面组成和体相组成不同，这是由于发生表面富集或形成强的吸附键所导致的。用AES或XPS能测量样品表面“富集”情况。 体相Pd原子浓度为 40%的Ag-Pd合金 Ar轰击表面清洁处理后，由 于Ag的溅射几率较高，合金 表面Pd的相对浓度为57% 高温退火后，合金稳定的表 面组成为Pd32Ag68，表面为 Ag富集。