XPS檢測(cè)分析方法課件

X—射線光電子能譜

(X-rayPhotoelectronSpectroscopy)XPS的發(fā)展基本概念XPS的工作流程及原理利用XPS譜圖鑒別物質(zhì)XPS的實(shí)驗(yàn)方法XPS譜圖的解釋步驟XPS的特點(diǎn)

主要內(nèi)容：

XPS的發(fā)展：XPS理論首先是由瑞典皇家科學(xué)院院士、烏普薩拉大學(xué)物理研究所所長(zhǎng)K·Siebahn教授創(chuàng)立的。原名為化學(xué)分析電子能譜:ESCA(ElectronSpectroscopyforChemicalAnalysis)。1954年研制成世界上第一臺(tái)雙聚焦磁場(chǎng)式光電子能譜儀。XPS是一種對(duì)固體表面進(jìn)行定性、定量分析和結(jié)構(gòu)鑒定的實(shí)用性很強(qiáng)的表面分析方法。XPS的工作流程：光源(X-ray)過濾窗樣品室能量分析器檢測(cè)器掃描和記錄系統(tǒng)真空系統(tǒng)(1.33×10-5—1.33×10-8Pa)磁屏蔽系統(tǒng)(～1×10-8T)光電發(fā)射定律

hγ=EB+EK即光子的能量轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能EK并克服原子核對(duì)核外電子的束縛EB

EB=hγ-EK

1）對(duì)氣態(tài)原子或分子 hγ=EBv+EKv2）對(duì)固體樣品（必須考慮晶體勢(shì)場(chǎng)和表面勢(shì)場(chǎng)對(duì)光電子的束縛作用以及樣品導(dǎo)電特性所引起的附加項(xiàng)） hγ=EBF+EKF+ФS

EBF:電子結(jié)合能，電子脫離原子核及其它電子作用所需的能量ФS：逸出功（功函數(shù)），電子克服晶格內(nèi)周邊原子作用變成自由電子做需的能量。Ek：自由電子動(dòng)能。光電發(fā)射定律俄歇電子產(chǎn)生過程圖解：hv(X-ray熒光)俄歇電子e-Energy處于激發(fā)態(tài)離子產(chǎn)生X-ray熒光過程處于激發(fā)態(tài)離子產(chǎn)生俄歇電子的過程

XPS的工作原理：

電離放出光電子X-ray樣品能量分析器檢測(cè)器（記錄不同能量的電子數(shù)目）光電子產(chǎn)生過程：e-hν(X-ray)A(中性分子或原子)+hν(X-ray)A+*（激發(fā)態(tài)的離子）+e-(光電子)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：對(duì)于P1/2和P3/2的相對(duì)強(qiáng)度為1:2，d3/2和d5/2為2:3，f5/2和f7/2為3:4；下圖是Si的2P電子產(chǎn)生的分裂峰(1:2):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0.4eVAg與Ag2SO4化學(xué)位移為0.1eV而對(duì)它們來說俄歇化學(xué)位移相當(dāng)大。2P1/22P3/210595電子結(jié)合能（eV）Si2p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。樣品荷電的校正：(絕緣體的荷電效應(yīng)是影響結(jié)果的一個(gè)重要因素)

1.消除法：用電子中和槍是目前減少荷電效應(yīng)的最好方法；另一種方法是，在導(dǎo)電樣品托上制備超薄樣品，使譜儀和樣品托達(dá)到良好的電接觸狀態(tài)。2.校正法：主要有以下幾種方法：a.鍍金法；b.外標(biāo)法；c.內(nèi)標(biāo)法；d.二次內(nèi)標(biāo)法；e.混合法；f.氬注入法。

XPS譜圖的解釋步驟：在XPS譜圖中首先鑒別出C1s、O1s、C(KLL)