现代分析-2010-9(XPS)-课件【PPT演示稿】.ppt

1 一、概述?X射线光电子能谱( XPS ,X -ray P hotoelectron S pectroscopy )是一种基于光电效应的电子能谱,它是利用 X射线光子激发出物质表面原子的内层电子,通过对这些电子进行能量分析而获得表面成分信息的一种能谱。§ 8-2 X 射线光电子能谱原理及应用《现代材料分析技术》 2 XPS = ESCA ?这种谱仪早期取名为化学分析电子能谱( ESCA , E lectron S pectroscopy for C hemical A nalysis ), 这一称谓仍在分析领域内广泛使用。《现代材料分析技术》概述 3 ? XPS 是瑞典 教授及其同事经近 20 年潜心研究,于六十年代中期研制开发的一种新型表面分析方法。?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。?鉴于 K. Siegbahn 教授对发展 XPS 领域做出的重大贡献,他被授予 1981 年诺贝尔物理学奖。《现代材料分析技术》概述 4 概述?X 射线光电子谱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, 在化学、材料科学及表面科学中得以广泛应用。?随着科技发展, XPS 在不断完善。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。《现代材料分析技术》 5 二、 XPS 原理 1. 光电效应在光的照射下, 电子从金属表面逸出的现象,称为光电效应。《现代材料分析技术》 L IIIL IL IIKh? 2p 1/2 2s 2p 3/2 1s Photoelektron ( 1s ) 6 2、光电子的能量?根据 Einstein 的能量关系式有: h? = E B + E K 其中?——光子的频率, h?——入射光子能量 E B——内层电子的轨道结合能或电离能; E K——被入射光子所激发出的光电子的动能。《现代材料分析技术》 7 实际的 X射线光电子能谱仪中的能量关系为其中Ф S——谱仪的功函数,光电子逸出表面所需能量; A ——样品的功函数,光电子输运过程中因非弹性散射而损失的能量。 AEEh sKB??????《现代材料分析技术》 8 ?可见,当入射 X射线能量一定,测出功函数和电子的动能,即可求出电子的结合能。?由于只有表面处的光电子才能从固体中逸出,因而测得的电子结合能必然反应了表面化学成份的情况。这是光电子能谱仪的基本测试原理。《现代材料分析技术》 9 3. 逃逸深度( λ m) ?与俄歇电子相同,只有那些来自表面附近在逃逸深度以内的光电子才没有经过散射而损失能量,才对确定 E b的谱峰有所贡献。?对于 XPS 有用的光电子能量 100~1200eV λ m =~ (金属) =4~10nm (高聚物) 《现代材料分析技术》 10 逃逸深度与逸出角有关?θ为探测角,出射方向与面法线夹角当θ = 0 ,垂直表面射出的电子来自最大逸出深度; 当θ≈ 90 ,近似平行于表面射出的电子纯粹来自最外表面几个原子层。改变探测角θ可调整表面灵敏度??? cos m?《现代材料分析技术》