XPS原理及使用分析.ppt

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XPS
XPS—X-raysPhotoelectronSpectroscopy
ESCA—ElectronSpectroscopyforChemicalAnalysis

爱因斯坦:光电效应
50年头,
60年头,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--依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--依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)依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,具有确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)电子克服逸出功而放射。
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,动能发生变更,测量到的动能与原始能量不一样。
平衡时,有关系Ek=Ek’-(Φsp-Φs)
因此可得(忽视反冲能)
Hν=Eb+Φsp+Ek
或
Ek=hν–Eb–Φsp
紫外光电子能谱分析UPS—Ultra-violetphotoelectronSpectroscopy
XPS分析运用的光源阳极是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。