XPS的測(cè)試方法及數(shù)據(jù)分析總結(jié)

XPS的測(cè)試與數(shù)據(jù)分析總結(jié)XPS的樣品一般是10mm*10mm*5mm,也可以更小些。厚度不能超過(guò)5mm，XPS分析室的真空度可以達(dá)到<10-9Pa,因此樣品要干燥，不能釋放氣體。XPS的靈敏度很高，待測(cè)樣品表面，絕對(duì)不能用手，手套接觸，也不要清洗。發(fā)展方向：?jiǎn)紊?，小面積，成像XPS一、功能與特點(diǎn)定性分析--根據(jù)測(cè)得的光電子動(dòng)能可以確定表面存在哪些元素，

a.能夠分析出了氫，氦以外的所有元素，靈敏度約0.1at%?？臻g分辨率為100um,X-RAY的分析深度在1.5nm左右。b.相隔較遠(yuǎn)，相互干擾較少，元素定性的相鄰元素的同種能級(jí)的譜線標(biāo)識(shí)性強(qiáng)。c.能夠觀測(cè)化學(xué)位移，化學(xué)位移同原子氧化態(tài)、原子電荷和官能團(tuán)有關(guān)?；瘜W(xué)位移信息是利用XPS進(jìn)行原子結(jié)構(gòu)分析和化學(xué)鍵研究的基礎(chǔ)。（2）定量分析--根據(jù)具有某種能量的光電子的強(qiáng)度可知某種元素在表面的含量，誤差約20%。既可測(cè)定元素的相對(duì)濃度，又可測(cè)定相同元素的不同氧化態(tài)的相對(duì)濃度。（3）根據(jù)某元素光電子動(dòng)能的位移可了解該元素所處的化學(xué)狀態(tài)，有很強(qiáng)的化學(xué)狀態(tài)分析功能。（4）由于只有距離表面幾個(gè)納米范圍的光電子可逸出表面，因此信息反映材料表面幾個(gè)納米厚度層的狀態(tài)。（5）結(jié)合離子濺射可以進(jìn)行深度分析。（6）對(duì)材料無(wú)破壞性。（7）由于X射線不易聚焦,照射面積大,不適于微區(qū)分析。（8）是一種高靈敏超微量表面分析技術(shù)，樣品分析的深度約為20?，信號(hào)來(lái)自表面幾個(gè)原子層，樣品量可少至10的-8次方g，絕對(duì)靈敏度高達(dá)10的-18次方g。

二、原理XPS的產(chǎn)生當(dāng)單色的X射線照射樣品,具有一定能量的入射光子同樣品原子相互作用：（1）光致電離產(chǎn)生光電子；（2）電子從產(chǎn)生之處遷移到表面；（3）電子克服逸出功而發(fā)射。用能量分析器分析光電子的動(dòng)能,得到的就是X射線光電子能譜。這方面很多書上都介紹了，歸根結(jié)底就是一個(gè)公式：E(b)=hv-E(k)-WE(b):結(jié)合能（bindingenergy）hv:光子能量（photoenergy）E(k):電子的動(dòng)能（kineticenergyoftheelectron）W:儀器的功函數(shù)（spectrometerworkfunction）通過(guò)測(cè)量接收到的電子動(dòng)能，就可以計(jì)算出元素的結(jié)合能。鋁靶：hv=1486.6eV鎂靶：hv=1253.6eVXPS譜線中伴峰的來(lái)源：振離(Shake-off):多重電離過(guò)程（能量差為帶有一個(gè)內(nèi)層空穴離子基態(tài)的電離電位）A+hν=(A2+)*+2e-

正常：Ek(2P)=hν-Eb(2P)

振離：Ek’(2P)=hν-[Eb(2P)+Eb(3d)]振激(Shake-up):在X-ray作用下內(nèi)層電子發(fā)生電離而使外層電子躍遷到激發(fā)的束縛態(tài)導(dǎo)至發(fā)射光電子的動(dòng)能減少。（能量差為帶有一個(gè)內(nèi)層空穴離子基態(tài)的電離電位）能量損失(Energyloss):由于光電子在穿過(guò)樣品表面時(shí)同原子（或分子）發(fā)生非彈性碰撞而引起的能量損失。X射線伴線(X-raystatellites):X-ray不是單一的Ka，還有Ka1,2,3,4,5,6以及Kβ。(主要有Ka3,4構(gòu)成)多重分裂(Multipletsplitting):一般發(fā)生在基態(tài)有未成對(duì)電子的原子中。俄歇電子(Augerelectron):當(dāng)原子內(nèi)層電子光致電離而射出后，內(nèi)層留下空穴，原子處于激發(fā)態(tài)，這種激發(fā)態(tài)離子要向低能態(tài)轉(zhuǎn)化而發(fā)生弛豫，其方式可以通過(guò)輻射躍遷釋放能量，波長(zhǎng)在X射線區(qū)稱為X射線熒光；或者通過(guò)非輻射躍遷使另一電子激發(fā)成自由電子，這種電子就稱為俄歇電子。對(duì)其進(jìn)行分析能得到樣品原子種類方面的信息。XPS譜圖中伴峰的鑒別：在XPS中化學(xué)位移比較小，一般只有幾ev，要想對(duì)化學(xué)狀態(tài)作出鑒定，首先要區(qū)分光電子峰和伴峰）光電子峰：在XPS中最強(qiáng)（主峰）一般比較對(duì)稱且半寬度最窄。俄歇電子峰：Auger有兩個(gè)特征：1.Auger與X-ray源無(wú)關(guān)，改變X-ray，Auger不變。2.Auger是以譜線群的形式出現(xiàn)的。振激和振離峰：振離峰以平滑連續(xù)譜的形式出現(xiàn)在光電子主峰低動(dòng)能的一邊，連續(xù)譜的高動(dòng)能端有一陡限。

振激峰也是出現(xiàn)在其低能端，比主峰高幾ev，并且一條光電子峰可能有幾條振激伴線。能量損失峰：其特點(diǎn)是隨X-ray的波動(dòng)而波動(dòng)。多重分裂峰：多重分裂峰的相對(duì)強(qiáng)度等于終態(tài)的統(tǒng)計(jì)權(quán)重。如：Mn2+離子具有5個(gè)未成對(duì)電子，從Mn2+內(nèi)層發(fā)射一個(gè)s電子，其J值為（5/2+1/2）和（5/2-1/2），其強(qiáng)度正比于（2J+1），即其分裂峰的相對(duì)強(qiáng)度為7:5；X-ray伴線產(chǎn)生的伴峰：X-ray的伴線能量比主線（Ka1,2）高，因此樣品XPS中光電子伴峰總是位于主峰的低結(jié)合能一端（如下圖所示），這也是X-ray伴線產(chǎn)生的伴峰不同于其

它伴峰的主要標(biāo)志。紫外光電子能譜分析（UPS—Ultra-violetphotoelectronSpectroscopy）XPS分析使用的光源陽(yáng)極是Mg或Al，其能量分別是1487和1254eV。

(1)Mg/Al雙陽(yáng)極X射線源能量范圍適中（Mg：1253.7，Al：1486.7eV）;(2)X射線的能量范圍窄（0.7和0.85eV）能激發(fā)幾乎所有的元素產(chǎn)生光電子；(3)靶材穩(wěn)定，容易保存以及具有較高的壽命。UPS的光源為氦放電燈，能量為21.2或40.8eV，其能量只能夠激發(fā)出價(jià)帶電子，因此主要用于價(jià)帶分析。深度剖面分析用離子束濺射剝蝕表面,用X射線光電子譜進(jìn)行分析,兩者交替進(jìn)行,可以得到元素及其化學(xué)狀態(tài)的深度分布。三、制樣樣品尺寸不宜過(guò)大，一般應(yīng)不大于10x10x5mm；樣品表面應(yīng)大體上平整；樣品最好能夠?qū)щ?；表面?yīng)作脫脂處理，絕對(duì)避免用手觸摸；原始表面應(yīng)盡可能盡快測(cè)試，避免長(zhǎng)時(shí)間在空氣中存放；粉末樣品可以壓成塊狀，或撒布在膠帶上；也可以將粉末溶解在適當(dāng)溶劑中做成溶液，涂在樣品臺(tái)上，再使溶劑揮發(fā)即成樣品；氣體、液體樣品多用冷卻法令其凝固。樣品的預(yù)處理：（對(duì)固體樣品）

1.溶劑清洗（萃?。┗蜷L(zhǎng)時(shí)間抽真空除表面污染物。

2.氬離子刻蝕除表面污物。注意刻蝕可能會(huì)引起表面化學(xué)性質(zhì)的變化（如氧化還原反應(yīng)）。

3.擦磨、刮剝和研磨。對(duì)表理成分相同的樣品可用SiC(600#)砂紙擦磨或小刀刮剝表面污層；對(duì)粉末樣品可采用研磨的方法。

4.真空加熱。對(duì)于能耐高溫的樣品，可采用高真空下加熱的辦法除去樣品表面吸附物。樣品的安裝：

一般是把粉末樣品粘在雙面膠帶上或壓入銦箔（或金屬網(wǎng)）內(nèi)，塊狀樣品可直接夾在樣品托上或用導(dǎo)電膠帶粘在樣品托上進(jìn)行測(cè)定。其它方法：

1.壓片法：對(duì)疏松軟散的樣品可用此法。

2.溶解法：將樣品溶解于易揮發(fā)的有機(jī)溶劑中，然后將其滴在樣品托上讓其晾干或吹干后再進(jìn)行測(cè)量。

3.研壓法：對(duì)不易溶于具有揮發(fā)性有機(jī)溶劑的樣品，可將其少量研壓在金箔上，使其成一薄層，再進(jìn)行測(cè)量。利用XPS譜圖鑒定物質(zhì)成分：利用某元素原子中電子的特征結(jié)合能來(lái)鑒別物質(zhì)自旋-軌道偶合引起的能級(jí)分裂，譜線分裂成雙線（強(qiáng)度比），特別對(duì)于微量元素。利用俄歇化學(xué)位移標(biāo)識(shí)譜圖鑒定物質(zhì)：如：Cu與CuO的化學(xué)位移為0.4eV，Ag與Ag2SO4化學(xué)位移為0.1eV而對(duì)它們來(lái)說(shuō)俄歇化學(xué)位移相當(dāng)大。應(yīng)用由于元素的結(jié)合能是唯一標(biāo)識(shí)的，因而我們可以用xps作：（1）組成樣品的元素的標(biāo)定（2）各元素含量的計(jì)算（3）元素的側(cè)向分布（4）化學(xué)態(tài)標(biāo)定（5）測(cè)量超?。ㄐ∮?納米）樣品的厚度XPS實(shí)驗(yàn)結(jié)果如何分析XPS譜圖的解釋步驟：在XPS譜圖中首先鑒別出C1s、O1s、C(KLL)和O(KLL)的譜峰（通常比較明顯）鑒別各種伴線所引起的伴峰。先確定最強(qiáng)或較強(qiáng)的光電子峰（或俄歇電子峰）再鑒定弱的譜線。辨認(rèn)p、d、f自旋雙重線，核對(duì)所得結(jié)論。XPS分峰計(jì)算表面元素含量用所有分峰面積加和做總面積，除以靈敏度因子，如一個(gè)元素如Si2p有兩個(gè)峰，把每一個(gè)人的峰面積相加，然后除