分析测试手段—光电子能谱XPS.pptx

一概述表面分析技术(SurfaceAnalysis)是对材料外层(theOuter-MostLayersofMaterials(<100))的研究的技术。包括:1电子谱学(ElectronSpectroscopies)X-射线光电子能谱XPS:X-rayPhotoelectronSpectroscopy俄歇能谱AES:AugerElectronSpectroscopy电子能量损失谱EELS:ElectronEnergyLossSpectroscopy2离子谱学IonSpectroscopies二次离子质谱SIMS:SecondaryIonMassSpectrometry溅射中性质谱SNMS:SputteredNeutralMassSpectrometry离子扫描能谱ISS:IonScatteringSpectroscopy二XPS的概念XPS也叫ESCA(ElectronSpectroscopyforChemicalAnalysis),是研究表面成分的重要手段。原理是光电效应(photoelectriceffect)。1960’s由UniversityofUppsala,Sweden的KaiSiegbahn等发展。EMPA中X射线穿透大,造成分析区太深。而由于电子穿透小,深层所产生的电子不出现干扰,所以可对表面几个原子层进行分析。(吸附、催化、镀膜、离子交换等领域)X-rayBeamX-rationdepth~-rayexcitationarea~,L3L1KFermiLevelFreeElectronLevel光:IncidentX-ray发射出的光电子EjectedPhotoelectron1s2s2p三光电效应(PhotoelectricProcess)1电磁波使内层电子激发,并逸出表面成为光电子,测量被激发的电子能量就得到XPS,不同元素种类、不同元素价态、不同电子层(1s,2s,2p等)所产生的XPS不同。2被激发的电子能量可用下式表示:KE=hv-BE-spec 式中hv=入射光子(X射线或UV)能量h=Planckconstant(-34Js),v-frequency(Hz) BE=电子键能或结合能、电离能(ElectronBindingEnergy) KE=电子动能(icEnergy) spec=谱学功函数或电子反冲能(SpectrometerWorkFunction)谱学功函数极小,可略去,得到KE=hv-BE:3元素不同,其特征的电子键能不同。测量电子动能KE,就得到对应每种元素的一系列BE-光电子能谱,就得到电子键能数据。4谱峰强度代表含量,谱峰位置的偏移代表价态与环境的变化-化学位移。1激发光源——X射线(软X射线;MgKα:hv=;AlKα:hv=)或UV;2电子能量分析器-对应上述能量的分析器,只可能是表面分析;3高真空系统:超高真空腔室super-highvacuumchamber(UHV避免光电子与气体分子碰撞的干扰。四XPS的仪器InstrumentationforXPSXPS的仪器InstrumentationforXPS