现代材料分析方法7XPS.ppt

X射线光电子谱(XPS)X-ray Photoelectron Spectroscopy
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XPS  引言
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，因此，在化学、材料科学及表面科学中得以广泛地应用。
。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。
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(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。
XPS  引言
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XPS  光电效应

Core levels
h
Valance band
EF
EV
Binding Energy
Kinetic Energy
Characteristic Photoelectron
当入射光子的能量hν明显超过原子的芯电子束缚能Eb时，可引起光电子发射。
光电子的动能EK取决于：
入射光子的能量hν
谱仪的功函数Φsp
芯电子束缚能Eb
EK= hν- Eb - Φsp
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XPS  X射线光电子谱仪
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XPS  X射线光电子谱仪
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。
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N7
N6
N5
N4
N3
N2
N1
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4f7/2
4f5/2
4d5/2
4d3/2
4p3/2
4p1/2
4s1/2
M5
M4
M3
M2
M1
L3
L2
L1
K
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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
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典型XPS谱
a: MOCVD制备的HgCdTe膜
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典型XPS谱
Fe的清洁表面
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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“亏损”，这种现象称为“荷电效应”。
荷电效应将使样品出现一稳定的表面电势VS，它对光电子逃离有束缚作用。
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