电子能谱材料分析全解析.ppt

* 谱学导论 * 半球形电子能量分析器 半球形分析器示意图 §8.5 电子能谱仪简介 * 谱学导论 * 筒镜形电子能量分析器 筒镜分析器示意图 §8.5 电子能谱仪简介 * 谱学导论 * 8.5.3 检测器 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。 §8.5 电子能谱仪简介 * 谱学导论 * 8.5.4 真空系统 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 §8.5 电子能谱仪简介 * 谱学导论 * 8.5.5 样品处理 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 §8.5 电子能谱仪简介 * 谱学导论 * §8.6 应用举例 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。 §8.6 应用举例 * 谱学导论 * 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。 §8.6 应用举例 * 谱学导论 * 8.6.1 表面组成的分析 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。 §8.6 应用举例 * 谱学导论 * 样品的深度分析 Ni-B合金表面Ni、B、O的表面浓度与氩刻时间的关系 体相Ni72B28 氧化态B 元素态B §8.6 应用举例 * 谱学导论 * 8.6.2 化学状态的鉴定 原子化学环境的变化对XPS和AES中测量的电子能量都有影响，使之偏离标准值产生所谓的化学位移。根据化学位移的数值，可以给出待测样品的化学状态的信息。 下面是Ni80P20合金表面Ni的2P3/2、O的1S以及P的2P XPS图谱。 §8.6 应用举例 * 谱学导论 * Ni-P合金的Ni 2p3/2 XPS谱 a 清洁表面； b 1barO2、403K氧化1小时 金属态的镍Ni 较 高 氧 化 态 的 镍 Ni3+ §8.6 应用举例 * 谱学导论 * Ni-P合金的O 1s XPS谱 a 清洁表面； b 1barO2、403K氧化1小时 氧 化 镍 中 的 氧 表面污染的氧 P2O5 中 的 氧 §8.6 应用举例 * 谱学导论 * Ni-P合金中P的2p XPS谱 a 清洁表面； b 1barO2、403K氧化1小时 P2O5 中 的 磷 §8.6 应用举例 * 谱学导论 * 氧吸附对表面B和Ni的影