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XPS 表面分析技术 在材料研究中的应用;主要内容;表面分析技术 ;表面分析的主要手段; XPS分析简介;XPS测试设备与分析;XPS测试设备与分析;XPS总图;样品室;样品分析室的真空度要求;能量分析器 ;X-ray源;X-ray激发源: X射线光电子能谱的X射线源主要由灯丝、阳极靶以及滤窗组成。X射线采用软X射线，即波长较长的光波。一般采用镁铝双阳极靶。 ;X-ray激发源结构图;进样室;观察显微镜;样品调整台;工作示意图;XPS提供的测量信息 ;XPS的分析取样深度 ;离子枪;5KV离子枪;元素深度的分布(Cr,O,Si)I-sptter time;沿表面不同深度的化学状态(suface-30A-150A-300A)(oxide-metal);XPS图谱分析;XPS图谱包含的信息;Ag的XPS宽扫描图(3s,3p,3d ) ;Ag的3d5/2XPS窄扫描图;内能级:XPS分析的大部分信息由内能级谱提供,内能级结合能及其相对强度分别用作元素识别和原子相对浓度测定。图中各谱峰是银原子电子壳层结构的直接反映。除3S能级外，Ag2P的结合能已大于1254eV。由于自旋偶合作用结果，图中的非S轨道都是双峰。内能级符号为nlj，这里n为主量子数，l为轨道角动量量子数，j为总角量子数，j=（l+s），其中s为自旋角动量量子数（?1/2）。因些当l0时，必存在两个可能状态,见表，这两个状态的能量差反映了光发射后留下的未配对电子的自旋及轨道角动量矢量的“平行”和“反平”特点，这个能量差值可达数电子伏特。对于MgKα和A1KαX射线源，其光子能量对周期表中除H以外,任一原子至少可以激发一个内能级。其持征结合能数值可以用作明确的元素标识。 ;价能级：价能级是指那些为低结合能电子（大 约0-15eV）所占据的能级，主要涉及那些非定域的或成键的轨道。 俄歇跃迁系列：俄歇跃迁系列是光发射所形成的内壳层空穴一种退激发机制的结果。;曲线拟合分峰;用Gaussian-Lorentzian进行曲线拟合分峰 (O1S,Sb3d5/2,3d3/2,id Sb+3, Sb+5);确定峰位 XPS窄扫描谱图经曲线拟合分峰,得结合能值,并用结合能坐标基准校正：以污染碳C1s284.8eV定标。或采用在样品上蒸镀金作为参照物来定标，即选定Au为Au4f7/2 84.0eV； ???据样品中各单质元素及化合物的XPS结合能的特征峰位、峰形,对照结合能标准手册,确定单质元素及化合物的表面化学状态、化学结构; 例如: SnO2薄膜的XPS窄扫描C1s及Sn3d5/2谱图,经曲线拟合分峰, C1s=285.2eV 、Sn3d5/2=487.6eV,由于荷电效应，实际测得污染碳C1s=285.2eV和标准的污染碳C1s284.8eV相差0.4eV，那么真实的Sn3d5/2特征峰的结合能Sn3d5/2=487.6eV-0.4eV=487.2eV 确定峰强度（即峰的面积或高度）:以谱线的背底为基准，峰面积和高度做为峰强度。 ;结合能坐标基准校正 ;解决荷电效应的方法;化学位移效应;化学位移;碳的宽扫描XPS图谱;碳的化合物结合能位移图;XPS定量分析原理 ; 假定样品的表面层在100埃～200埃（1埃=10-10m）深度内是均匀的，则其强度I（每秒钟所检测的光电子数）由下式给出 I =nfσφγATλ n——原子数/cm3 f——X射线通量（光子/cm2 ?s） σ——光电离截面（cm2） φ——与X射线和出射光电子的夹角有关的因子 γ——光电子产率（光电子/光子） А——采样面积（cm2） Т——检测系数 λ——光电子的平均自由程（cm）; 如果已知式中nfσφγATλ，根据测定的I便可得到绝对原子浓度n。但按此式作理论计算十分困难，一般是测定某种单质元素与该元素在化合物中的相对比例。令S=nfσφγATλ，称其为元素及含该元素化合物的灵敏度因子，则被测样品中某种单质元素与化合物所含该元素的绝对原子浓度之比可按式（1）得： n1/n2= (I1 / S1) / ( I2/S2) 设待测元素或化合物的绝对原子浓度为nx，样品中单质元素及化合物所含该元素的绝度原子浓度为ni，样品中全部单质元素及化合物所含该元素的绝对原子浓度为Σni，则单质元素或其化合物中待测元素的相对原子浓度为： CX = nx / Σni = (IX / SX ) / (Σ II/SI )