[信息与通信]X射线光电子谱.ppt

固体样品是由带正电原子核和价电子组成的中性体系。 光致电离后，由于在内壳层形成正空穴，或负的光电子在样品中运动，两者都引起价电子极化位移。 并使负价电子相对正原子核作振荡，分别为本征等离子体激元和外禀等离子体激元。在光电子能谱中，后者更为重要。 7、X射线伴峰和鬼峰 在未单色化的镁靶或铝靶等产生的X射线中，除了最强的未分开的双线Kα1和Kα2以外，还有一些光子能量更高的次要成分和能量上连续的白色辐射。前者在主峰低结合能处形成与主峰有一定距离、并且与主峰有一定强度比例的峰，称为X射线伴峰。 出射电子衰减长度与非弹性散射机制有关，即与材料本身的性质及光电子动能有关。从大量材料的测试结果，得到一条普适的经验曲线，如图所示。 图中假如出射的电子动能处在约50～500eV范围，采样深度约1.5—3nm左右，说明X射线光电子能谱是一项很好的决面技术。 四、X射线光电子能谱仪 光电子能谱仪主要由五部分组成：激发源、样品、电子能量分析器、检测器系统(含电子倍增器)和超高真空(UHV)系统，如图所示。 激发源辐照样品，发射不同能量分布的电子，经电子能量分析器和检测系统给出测试结果。前三部分和检测系统中的电子倍增器都必须放置在超高真空中。 1、X射线源 标准X射线源产生的X射线能谱，是由一些特征线重叠在宽的连续谱上所组成。 XPS适用的X射线，主要要是考虑谱线的宽度(或单色性)。因为线宽影响到光电子峰的峰宽。 而且还要考虑能量，因为能量关系到能够释放出电子的原子内层能级的深度。 理想的光电子能谱用的光子源，应该是一个可连续调芒能量的高强度单色源。 这样的光源已经成为现從，但不是在一般实验室，用户必须把光电子能谱仪装到同步加速器上去。 任何用X射线激发产生的电子能谱中，会同时出现光电子和俄歇电子谱线。后者的出现会干扰谱图识别。 光电子能量直接和激发光子能量有关，而俄歇电子能量是固定的，只与样品原子有关，与激发源光子或电子的能量无关 所以只要改变X射线光子能量，就可以区分开这两种谱线。 2、电子能量分析器 电子能量分析器的功能是测量从样品表面被击出的光电子的能量分布。 它是电子能谱仪的“心脏”部件。由于在XPS中，所分析的电子具有低功能(≤1keV)，并且是在超高真空中，所以普遍使用静电型电子能量分析器。它容易屏蔽杂散磁场。 通常应用的两种偏转器和两种反射镜，即共轴圆柱形和同心球型偏转器以及平行板和圆筒镜，如图所示 在XPS中，半球形分析器(HSA)和筒镜形分析器(CMA)是最常用的，它们均为偏转色散型分析器。 而减速场分析器(RFA)则常用于低能电子衍射(LEED)实验中。 XPS中常用的偏转型分析器细分为两类。第一类常称为偏转器或聚光器，电子基本上沿着等电势线运行。第二类即反射镜，电子穿越等电势线运行。 通常电子倍增器的输出和放大器—鉴幅器—速率计(或计算机)系统相连接，并在X-Y记录仪(或计算机终端屏幕)上显示出一张谱图。 对于弱信号，可以把重复扫描所得到的信号送到一个多道分析器(MCA)或一台小型计算机，按时间平均而得到谱图。 4、超高真空系统 XPS的真空系统有两个基本功能。首先是在X射线辐照下从样品发射出来的光电子进到电子能量分析器时，尽可能不和剩余气体分子发生碰撞，或者说光电子平均自由程必须比谱仪的尺寸大得多。 X射线光源电子能量分析器和电子倍增器等均须工作在中真空条件下。 其次尤为重要的是必须在记录谱图所必需的时间内，使样品表面保持“原状”，避免因真空残余组分的沾污而使表面“变脏”。 对常规的工业表面分析，10-6Pa的真空操作已能兼顾快速更换样品和适当的表面清洁度。光电子能谱仪中常用的真空泵有扩散泵、溅射离子泵及涡流分子泵等。 五、操作要点 1、装样 XPS测试中，要把性质、形状各异的样品装到接地的样品夹上。 并尽可能覆盖样品夹，以减小来自样品夹的光电子对信号的干扰。 样品在X射线辐照下，不断发射电子，如不及时补偿所损失的电子，最终样品会积累正电荷，这种现象称为荷电效应。荷电效应引起谱峰的位移，称为荷电位移。 在XPS中，绝对和相对峰位的测准是很重要的，因为化学态的鉴别等就是通过峰位的测定末进行的。 2、清洁样品表面 由于XPS是表面分析技术，所以待测样品表面必须保持清洁，严格说来必须达到原子级清洁表面。 装样前，严禁用手触摸样品表面。对固体片状样品，有时须用超声波清洗样品，洗液为丙酮或无水酒精。 对易吸附氧的样品，需