04 X射線光電子能譜分析02.ppt

1、1,第四章 X射線光電子能譜分析,表面成分分析方法概述 X射線光電子能譜分析,2,三種最基本的表面成分分析方法 名稱 俄歇電子能譜 X射線光電子能譜 二次離子質(zhì)譜 AES XPS SIMS 一次束 電子 X射線 離子 檢測粒子 俄歇電子 光電子 二次離子 EABCEA-EB-EC Ekh-Eb m/e 特點 定量較好 帶有化學(xué)位移信息 檢測靈敏度高 分辨率高 表面損傷小 ppb 缺點 輕元素不能分析 分辨差 表面損傷 （X射線不易聚焦） 定量困難 共同點：元素種類分析（成分分析、痕量分析）、表面分析,3,4.2 X射線光電子能譜（XPS）分析,光電子能譜基本原理 X射線光電子能譜儀 X射線光電

2、子能譜的分析方法 X射線光電子能譜的應(yīng)用,4,2 光電過程機理光線與物質(zhì)的相互作用,反射（能量不損失） 吸收（能量轉(zhuǎn)化為熱能） 光電離（轉(zhuǎn)化為電子） M+hVM+ e 一般為單電子過程 只要光子能量足夠，可以激發(fā)出所有軌道電子。,5,光電子的產(chǎn)生 光電效應(yīng) 在高真空系統(tǒng)中，采用單色光源去照射固體樣品，使樣品中的電子受到激發(fā)而發(fā)射出來 光電子發(fā)射過程 光電子的產(chǎn)生（入射光子與物質(zhì)作用，光致電離產(chǎn)生光子） 光電子的運輸（光電子自產(chǎn)生處運輸?shù)轿镔|(zhì)表面） 光電子的逸出（克服表面勢壘而發(fā)射到物質(zhì)外的真空中去）,6,光電子的能量,用X射線照射固體時，由于光電效應(yīng)，原子的某一能級的電子被擊出物體之外，此電子

3、稱為光電子。 如果X射線光子的能量為h，電子在該能級上的結(jié)合能為Eb，射出固體后的動能為Ek，則它們之間的關(guān)系為： h=Eb+Ek+s +A 式中s為功函數(shù)，它表示固體中的束縛電子除克服各別原子核對它的吸引外，還必須克服整個晶體對它的吸引才能逸出樣品表面，即電子逸出表面所做的功。上式可另表示為： Ebh-Ek-s-A 可見，當(dāng)入射X射線能量一定后，若測出功函數(shù)和電子的動能，即可求出電子的結(jié)合能。由于只有表面處的光電子才能從固體中逸出，因而測得的電子結(jié)合能必然反應(yīng)了表面化學(xué)成份的情況。這正是光電子能譜儀的基本測試原理。,7,光電子譜線的特點及表示,光電子譜線與原子結(jié)構(gòu)有關(guān) 其特點是量子化的 標(biāo)記

4、可用激發(fā)躍遷的能級來標(biāo)記,8,SiC樣品的XPS全掃描譜,9,X射線光電子能譜儀結(jié)構(gòu)框圖,4.22 光電子能譜儀,10,XPS的定性分析,XPS產(chǎn)生的光電子的結(jié)合能僅與元素種類以及所激發(fā)的原子軌道有關(guān)。特定元素的特定軌道產(chǎn)生的光電子能量是固定的，依據(jù)其結(jié)合能就可以標(biāo)定元素； 從理論上，可以分析除H，He以外的所有元素，并且是一次全分析，范圍非常廣。,4.23 X射線光電子能譜的分析方法,11,定量分析,表面分析： 獲得樣品表面的全掃描譜 獲得各元素的高分辨譜 由高分辨譜的面積和散射因子求的各元素的原子百分比或質(zhì)量百分比 深度剖析 利用離子濺射，獲得不同深度處各元素的高分辨譜 由高分辨譜的面積和散射因子求得各元素的原子百分比或質(zhì)量百分比 所有測試和分析都由計算機及配套軟件完成,12,XPS應(yīng)用,利用結(jié)合能進(jìn)行定性分析 利用化學(xué)位移進(jìn)行