xps检测分析方法.ppt

X—射线光电子能谱( X-ray Photoelectron Spectroscopy )
XPS 的发展
基本概念
XPS 的工作流程及原理
利用XPS谱图鉴别物质
XPS的实验方法
XPS谱图的解释步骤
XPS 的特点
主要内容:
XPS 的发展:
XPS理论首先是由瑞典皇家科学院院士、乌普萨拉大学物理研究所所长 K·Siebahn 教授创立的。
原名为化学分析电子能谱:
ESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)。
1954年研制成世界上第一台双聚焦磁场式光电子能谱仪。
XPS是一种对固体表面进行定性、定量分析和结构鉴定的实用性很强的表面分析方法。
基本概念:
光电子能谱: 反应了原子(或离子)在入射粒子(一般为X-ray)作用下发射出来的电子的能量、强度、角分布等信息。
X-ray: 原子外层电子从L层跃迁到K层产生的射线。常见的X射线激发源有:
Mg :Ka1,2(1254ev, ) Al :Ka1,2(1487ev , )
Cu :Ka1,2(8048ev, ) Ti :Ka1,2(4511ev, )
电子结合能:由光电过程的Einstein方程:
hν=Eb+1/2mv2 ,求出:Eb= hν-Ek。
XPS 的工作流程:
光源(X-ray)
过滤窗
样品室
能量分析器
检测器
扫描和记录系统
真空系统
(×10-5—×10-8Pa)
磁屏蔽系统(~1×10-8T)
光电发射定律
hγ= EB+ EK
即光子的能量转化为电子的动能EK并克服原子核对核外电子的束缚EB
EB=hγ- EK
1)对气态原子或分子
hγ= EBv +EKv
2)对固体样品(必须考虑晶体势场和表面势场对光电子的束缚作用以及样品导电特性所引起的附加项)
hγ= EBF+ EKF +ФS
EBF:电子结合能,电子脱离原子核及其它电子作用所需的能量
ФS:逸出功(功函数),电子克服晶格内周边原子作用变成自由电子做需的能量。
Ek :自由电子动能。
光电发射定律
俄歇电子(Auger electron):当原子内层电子光致电离而射出后,内层留下空穴,原子处于激发态,这种激发态离子要向低能态转化而发生弛豫,其方式可以通过辐射跃迁释放能量,波长在X射线区称为X射线荧光;或者通过非辐射跃迁使另一电子激发成自由电子,这种电子就称为俄歇电子。对其进行分析能得到样品原子种类方面的信息。
其过程为:
A+hν
(A+)*+e-(光电子)
A++ hν’(X荧光)
A2++e-(俄歇电子)
两者只能选择其一
(原子序数Z<30的元素以发射俄歇电子为主)
俄歇电子产生过程图解:
hv(X-ray荧光)
俄歇电子e-
Energy
处于激发态离子
产生X-ray荧光过程
处于激发态离子
产生俄歇电子的过程
XPS 的工作原理:
电离放出光电子
X-ray
样品
能量分析器
检测器
(记录不同能量的电子数目)
光电子产生过程:
e-
hν(X-ray)
A(中性分子或原子)+ hν(X-ray)
A+*(激发态的离子)+e-(光电子)