5光电子能谱分析.pptx

7 光电子能谱分析;1 概述 电子能谱是一种研究物质表面的性质和状态的物理方法。 表面的含义：指固体最外层的1～10个原子的表面层和吸附在它上面的原子、分子、离子或其它覆盖层。 表面由于各种原因，具有与基体不同的物理化学性质。;1.1 表面分析可以得到的信息 借助各种表面分析仪，对物体10nm以内的表面层进行分析，可得到的信息有： （1）物质表面层（包括吸附层）的化学成分，除氢元素以外的元素都可以从表面分析法获得定性和定量的结果。 （2）物质表面层元素所处的状态或与其它元素间的结合状态和结构，即元素所处的原子状态、价态、分子结构等信息。 （3）表面层物质的状态。 （4）物质表面层的物理性质。 ; 由于表面分析法的分析范围有限（10个原子层的厚度以内，即10nm以内），一般物质的表面极易受到周围环境的污染。因此，在作表面分析工作时，不仅在制备样品时要求在高真空和超净条件下进行，而且在测试过程中也要注意仪器中的条件，以防止因污染而引起测试误差。（对真空度有要求） ;1.2 表面分析法的特点 表面分析法主要指用一种粒子（电子、离子、中性粒子或光子）作辐射源轰击样品，使样品受激放出二次粒子，测量二次粒子的能量和性质。 二次粒子和辐射源既可是同种也可以是异种。 表面分析技术与普通光谱仪不同，它不是研究光与物质的相互作用后所产生的光的特性，而是研究光（或粒子）与物质相互作用后被激发出来的二次粒子（电子、离子）的能量，以达到所要获得的结果。 ; 表面分析一般是测定物质表面的平均成分，不是体内、也不是微区成分，它测定的是物质受激发而发出的价电子或内层电子的能量；与红外光谱相比，红外光谱给出的是分析指纹，或是基团特征，而表面分析则可给出原子指纹，测定原子的价态（电子结构）、原子和电子所处的能级，从而可以定出分子结构。;常见的表面分析法的比较 俄歇电子能谱 AES: Auger Electron Spectroscopy 紫外电子能谱 UPS 光电子能谱 XPS: X-ray Photoelectron Spectroscopy 离子探针显微分析;1.3 各种表面分析仪???其研究目的 表面分析测定物质表面层厚度在10nm以内的各种信息，所以与粒子逸出的深度紧密相关。表面分析法所用的仪器主要有以下几种： （1）离子探针微区分析（IMMA）（注意与电子探针的区别） 激发源：离子束 发射源（信号）：二次离子。 离子探针对二次离子的收集效率比特征X射线高，因此分析效率高，可以作包括H元素的成分分析，而且还可以分析同位素。 （2）紫外光电子能谱（UPS） 激发源：紫外光 发射源（信号）：价电子 （3）俄歇电子能谱（AES) 激发源：电子、X射线 发射源（信号）：俄歇电子 ;（4）光电子能谱（或X光电子能谱（XPS）又称电子能谱化学分析（ESCA： Electron Spectroscopy for Chemical Analysis ）） 激发源：X射线 发射源（信号）：电子 用X射线作激发源轰击出样品中元素的内层电子，并直接测量二次电子的能量，这能量表现为元素内层电子的结合能Eb。Eb随元素而不同，并且有较高的分辨力，它不仅可以得到原子的第一电离能，而且可以得到从价电子到K壳层的各级电子电离能，有助于了解离子的几何构型和轨道成键特征。 ;X-ray Beam;2 光电子能谱的基本原理 2.1 光与物质的相互作用 光电效应 当具有一定能量hν的入射光子与样品中的原子相互作用时，单个光子把全部能量交给原子中某壳层上的一个受束缚的电子，这个电子就获得了能量hν。如果hν大于该电子的结合能Eb，那么电子就将脱离原来受束缚的能级。若还有多余的能量可以使电子克服功函数Φs，则电子将从原子中发射出去，成为自由光电子。过程如下：;2. 受激原子的弛豫-去激发 当入射光子与原子相互作用产生了光电子，这时原子处于受激发高能量状态，有趋于平衡的趋向，以达到低能量状态，这称为弛豫过程。去激的方式一般有两种可能，即发射特征X射线： 或发射俄歇电子：;;3. 光电子逸出深度 由于原子是处于物体内部而不是孤立状态，当受激原子发射的电子脱离原来原子，就有从表面逸出的可能性，当光电子在固体内移动，最终逸出固体表面以前所经历的距离是电子逸出深度，它决定于电子能量和电子平均自由程。