现代材料分析与测试技术第9章表面成分分析(3246KB).ppt

x光电子： 所谓x光电子就是x射线与样品相互作用时，x射线被样品吸收而使原子中的内层电子脱离原子成为自由电子，这就是x光电子。 * * 对于气体样品来说，吸收X射线而产生X光电子过程中的各能量关系应符合下式 hv＝Ek＋Eb＋Er 式中：hv为入射光子能量；Ek为光电子的动能； Eb为原子或分子中某轨道上电子的结合能（这里指将该轨道上一个电子激发为真空静止电子所需要的能量）； Er 为原子的反冲能量。Er＝1/2（M-m）v2（M与m分别为原子和电子的质量，v 是激发态原子的反冲速度）。 * X光电子能谱仪一般用Mg或Al靶做主激发源，对反冲能量的影响可以不计，这样x光电子的动能公式可写成 Ek＝hv- Eb 在光电子能谱图上，常以结合能代替动能来表示。 * 对于固体样品，选Fermi能级作参考点。 固体样品的电子由Fermi能级跃迁为真空静止电子（动能为零的电子）所需要的能量称为功函数φ 。 hv＝E‘k＋E’b+ φ 样 式中Ek为光电子刚离开固体样品表面的动能；Eb为固体样品中的电子跃迁到Fermi能级时电子结合能；φ样为样品功函数。 * 固体样品功函数φ样和仪器材料的功函数φ仪不同，要产生一个接触电势差Δv=φ样-φ仪。它将使自由电子的动量从Ek增加为Ek Ek +φ样=Ek +φ仪 得 Eb=hv-Ek-φ仪 φ仪－一般为常数（约4eV） Ek由电子能谱测得，这样便可求出样品的电子结合能Eb。 * 9.2.3 谱线识别 在无外磁场作用的情况下： 电子能量用E＝Enlj表示： n主量子数; l轨道角量子数; j内量子数（又叫总角动量量子数）。 对光电子的标志采用被激发电子源所处的能级表示： K层：1S光电子； L层：2S, 2P1/2 , 2P3/2 光电子； M层：3S, 3P1/2,3P3/2,3d3/2 ...。 * * 9.2.4 光电子谱图峰的种类 常有以下几种峰 1）光电子峰和俄歇峰 光电子峰是最主要的，每一种元素都有自己的最强的，特征光电子线，他们是元素分析的依据。常见的有1s，2p3/2，3d5/2，4f7/2. 由于光电子的产生，必然会产生俄歇电子，俄歇电子的能量具有特征值。主要有四个系列的谱线：KLL，LMM，MNN，NOO。对于原子序数为3~14，俄歇谱线为KLL，对于原子序数为14 ~ 40，俄歇谱线为LMM ，对于原子序数为40 ~ 79，俄歇谱线为MNN。 * 由于俄歇电子的动能与激发源无关，因而用不同的X射线激发源对同一样品进行分析，在以动能为横坐标的XPS图中，俄歇谱线的能量位置不会因激发源改变而改变。在以结合能为横坐标的XPS图中，光电子的能量位置不会因激发源改变而改变，俄歇谱线的能量位置却会因激发源改变而改变。 采用换靶的方式区别光电子线和俄歇谱线。 （2）伴峰和鬼峰。 （3）携上伴峰 （4）多重分裂峰 （5）特征能量损失峰。 * AES与XPS的比较 1、俄歇电子能谱AES中测定的并不是由激发辐射直接打出来的电子的能量，而是俄歇过程所间接产生的轨道电子的能量。 2、 XPS中有俄歇峰，AES中无光电子峰。 3、靶材改变，以结合能为坐标， XPS峰位不受影响， AES峰位发生移动；以动能为坐标， AES峰位不受影响，XPS峰位发生移动. 4、一般用XPS进行化学价态分析，不用AES。 5、 AES比XPS有更高的分辨率，分析区域小，深度浅，更适合作表面微区成分分析。 6、 XPS激发源为X射线，AES激发源为电子束。 * 9.2.2 X射线光电子能谱实验方法 已知激发源能量（hv）和仪器功函数（φ仪） 准确测得光电子动能（EK） 由式 E‘b=hv-E“k-φ仪 可求结合能（Eb) 通过结合能数据及特征峰的种种变化获取有关样品表面的重要组成和结构信息。 * * 一台电子能谱仪由以下几部分组成： 激发源、样品室、能量分析器、检测器、记录仪以及其他相应配套系统。 * * * 1 X射线源 X射线源由加热的灯丝和阳极靶组成。XPS适用的X射线，主要考虑谱线的宽度和能量，目前常用的有Al和Mg的Kα射线。 2 电子能量分析器 电子能量分析器是XPS的中心部件，其功能是测量从样品表面激发出的光电子的能量分布。 3检测器 4 超高真空系统 5 能谱仪校准 * 1.全扫描和窄扫描 * 2.定性分析 * 3.定量分析 与俄歇电子能谱相同， Cx是X的原子分数，Ii为样品中元素i的光电子强度，Si为元素i的相对灵敏度因子。 4.化学态分析 （1）化学位移 当原子的化学环境发生改变时（如原子价态变化或与电负性不同的原子相结合），会引起原子的外层价电子密度发生变化。 内层电子受到原子核的强烈库伦作用，使电子在原子内具有一定的结合能，内层电子同时又受到外层电子的斥力（屏蔽）作用。 *