XPS原理及使用分析.ppt

XPS原理及使用分析PPT模板课件
X射线光电子能谱分析
XPS
文档附赠有可编辑的3D小人素材
XPS—X-rays Photoelectron Spectroscopy
ESCA—Electron Spect
XPS原理及使用分析PPT模板课件
X射线光电子能谱分析
XPS
文档附赠有可编辑的3D小人素材
XPS—X-rays Photoelectron Spectroscopy
ESCA—Electron Spectroscopy for Chemical Analysis

爱因斯坦：光电效应
50年代，
60年代，发展成为商用仪器
主要：PHI公司，VG公司，Karatos 公司
发展方向：单色化，小面积，成像XPS
一、概述
：
（1）定性分析--根据测得的光电子动能可以确定表面存在哪些元素。%。
（2）定量分析--根据具有某种能量的光电子的强度可知某种元素在表面的含量。误差约20%。
（3）根据某元素光电子动能的位移可了解该元素所处的化学状态，有很强的化学状态分析功能。
（4）由于只有距离表面几个纳米范围的光电子可逸出表面，因此信息反映材料表面几个纳米厚度层的状态。
（5）结合离子溅射可以进行深度分析。
（6）对材料无破坏性。
（7）由于X射线不易聚焦, 照射面积大,不适于微区分析。
一、概述

当单色的X射线照射样品,具有一定能量的入射光子同样品原子相互作用：
（1）光致电离产生光电子；
（2）电子从产生之处迁移到表面；
（3）电子克服逸出功而发射。

用能量分析器分析光电子的动能,得到的就是X射线光电子能谱。
二、XPS的测量原理

能量关系：
Hν = Eb+Φs+Ek’+Er
Eb-电子结合能（以费米能级为零点）
Φs-样品材料的功函数
Ek’-电子刚逸出表面时具有的动能
Er –出射电子的反冲能
由于样品与能谱仪接触，产生接触电势差，而在样品表面与能谱仪之间产生电场，使光电子射出后在此电场中加速或减速，动能发生改变，测量到的动能与原始能量不一致。
平衡时，有关系 Ek = Ek’ -(Φsp- Φs)
因此可得（忽略反冲能）
Hν = Eb+Φsp+ Ek
或
Ek = hν – Eb – Φsp
紫外光电子能谱分析UPS—Ultra-violet photoelectron Spectroscopy
XPS分析使用的光源阳极是Mg或Al，其能量分别是1487和1254eV。
UPS的光源为氦放电灯，，其能量只能够激发出价带电子，因此主要用于价带分析。

用离子束溅射剥蚀表面,用X射线光电子谱进行分析,两者交替进行, 可以得到元素及其化学状态的深度分布。

光电子在射出表面的同时，可能激发固体中某些过程从而自身能量发生损失：
（1）声子激发或点阵振动
能量为几十meV，只能在高分辨谱中观察到。
（2）等离子激发
（3）各种单、双粒子激发
XPS能谱仪的构成
主要：
超高真空系统；
X射线源；
能量分析系统
电子控制系统
数据采集和处理系统
X射线光电子能谱仪结构框图
三、仪器结构

X射线的产生
X射线源的结构
X射线的单色化
X射线的聚焦和扫描
Mg/Al双阳极X射线源
能量范围适中（Mg：，Al：）
X射线的能量范围窄（ eV）
能激发几乎所有的元素产生光电子；
靶材稳定，容易保存以及具有较高的寿命
X射线的产生：阴极发射电子，直流高压电场对电子加速，高速碰撞阳极， 产生特征X射线
其中，ΔEx—X射线半宽度 ΔEe—光电子自然能量分布，与样品材料有关（不确定关系） ΔEs—固态宽化效应，激发光电子时产生晶格振动，即声  子对谱的影响 ΔEsp—谱仪的固有分辨率提高分辨率主要办法是减小X射线宽度，即提高单色性。
要求X射线的自然线宽小，分辨率才高
测得光电子能谱的半宽度为
2dsinθ=nλ





样品尺寸不宜过大，一般应不大于10x10x1mm；
样品表面应大体上平整；
样品最好能够导电；
表面应作脱脂处理，绝对避免用手触摸；
原始表面应尽可能尽快测试，避免长时间在空气中存放；
粉末样品可以压成块状，或撒布在胶带上；也可以将粉末溶解在适当溶剂中做成溶液，屠宰样品台上，再使溶剂挥发即成样品；