现代材料分析方法(XPS).pptVIP

* * * * * * * * * * * X射线光电子谱 ? 引言 X射线光电子谱(XPS)是重要的表面分析技术之一。它不仅能探测表面的化学组成，而且可以确定各元素的化学状态，因此，在化学、材料科学及表面科学中得以广泛地应用。 XPS是瑞典Uppsala大学K.Siegbahn及其同事经过近20年的潜心研究而建立的一种分析方法。他们发现了内层电子结合能的位移现象，解决了电子能量分析等技术问题，测定了元素周期表中各元素轨道结合能，并成功地应用于许多实际的化学体系。 第一页，共二十四页。 Kai Seigbahn: Development of X-ray Photoelectron Spectroscopy Nobel Prize in Physics 1981 (His father, Manne Siegbahn, won the Nobel Prize in Physics in 1924 for the development of X-ray spectroscopy) C. Nordling E. Sokolowski and K. Siegbahn, Phys. Rev. 1957, 105, 1676. 第二页，共二十四页。 K.Siegbahn给这种谱仪取名为化学分析电子能谱(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)，简称为“ESCA”，这个名词强调在X射线电子能谱中既有光电子峰也包含了俄歇峰，在分析领域内广泛使用。 随着科学技术的发展，XPS也在不断地完善。目前，已开发出的小面积X射线光电子能谱，大大提高了XPS的空间分辨能力。 X射线光电子谱 ? 引言 第三页，共二十四页。 第四页，共二十四页。 XPS ? X射线光电子谱仪 X射线激发源 样品室 能量分析器 样品引进系统 抽真空系统 电子倍增器 显示、记录 第五页，共二十四页。 XPS--X射线光电子谱仪（激发源） 在一般的X射线光电子谱仪中，没有X射线单色器，只是用一很薄(1?2?m)的铝箔窗将样品和激发源分开，以防止X射线源中的散射电子进入样品室，同时可滤去相当部分的轫致辐射所形成的X射线本底。 将X射线用石英晶体的(1010)面沿Bragg反射方向衍射后便可使X射线单色化。X射线的单色性越高，谱仪的能量分辨率也越高。 同步辐射源是十分理想的激发源，具有良好的单色性，且可提供10 eV?10 keV连续可调的偏振光。 第六页，共二十四页。 N7 N6 N5 N4 N3 N2 N1 ?????????????????? ???????????????? ???????????????? ??????????????? ??????????????? ??????????????? ??????????????? 4f7/2 4f5/2 4d5/2 4d3/2 4p3/2 4p1/2 4s1/2 M5 M4 M3 M2 M1 L3 L2 L1 K ???????????????? ??????????????? ??????????????? ??????????????? ??????????????? ??????????????? ??????????????? ??????????????? ?????? ????????? 3d5/2 3d3/2 3p3/2 3p1/2 3s1/2 2p3/2 2p1/2 2s1/2 1s1/2 电子能级、X射线能级和电子数 第七页，共二十四页。 典型XPS谱 MOCVD制备的HgCdTe膜 第八页，共二十四页。 典型XPS谱 Fe的清洁表面 第九页，共二十四页。 XPS ? XPS中的化学位移 化学位移 由于原子所处的化学环境不同而引起的内层电子结合能的变化，在谱图上表现为谱峰的位移，这一现象称为化学位移。 化学位移的分析、测定，是XPS分析中的一项主要内容，是判定原子化合态的重要依据。 第十页，共二十四页。 XPS ? XPS中的化学位移 第十一页，共二十四页。 XPS ? XPS中的化学位移 第十二页，共二十四页。 XPS ? XPS分析方法 定性分析 同AES定性分析一样，XPS分析也是利用已出版的XPS手册。 第十三页，共二十四页。 XPS ? XPS分析方法 化合态识别 在XPS的应用中，化合态的识别是最主要的用途之一。识别化合态的主要方法就是测量X射线光电子谱的峰位位移。 对于半导体、绝缘体，在测量化学位移前应首先决定荷电效应对峰位位移的影响。 第十四页，共二十四页。 XPS ? X射线光电子谱仪的能量校准 荷电效应 用XPS测定绝缘体或半导体时，由于光电子的连续发射而得不到足够的电子补充，使得样品表面出现电子“亏