04X射线光电子能谱分析02.pptVIP

第四章 X射线光电子能谱分析 表面成分分析方法概述 X射线光电子能谱分析 4.2 X射线光电子能谱（XPS）分析 光电子能谱基本原理 X射线光电子能谱仪 X射线光电子能谱的分析方法 X射线光电子能谱的应用 2 光电过程机理光线与物质的相互作用 反射（能量不损失） 吸收（能量转化为热能） 光电离（转化为电子） M+hV－－》M+ ＋ e 一般为单电子过程 只要光子能量足够，可以激发出所有轨道电子。 光电子的产生 — 光电效应 在高真空系统中，采用单色光源去照射固体样品，使样品中的电子受到激发而发射出来 光电子发射过程 光电子的产生（入射光子与物质作用，光致电离产生光子） 光电子的运输（光电子自产生处运输到物质表面） 光电子的逸出（克服表面势垒而发射到物质外的真空中去） 光电子的能量 用X射线照射固体时，由于光电效应，原子的某一能级的电子被击出物体之外，此电子称为光电子。 如果X射线光子的能量为hν，电子在该能级上的结合能为Eb，射出固体后的动能为Ek，则它们之间的关系为： hν=Eb+Ek+?s +A 式中?s为功函数，它表示固体中的束缚电子除克服各别原子核对它的吸引外，还必须克服整个晶体对它的吸引才能逸出样品表面，即电子逸出表面所做的功。上式可另表示为： Eb＝hν-Ek-?s-A 可见，当入射X射线能量一定后，若测出功函数和电子的动能，即可求出电子的结合能。由于只有表面处的光电子才能从固体中逸出，因而测得的电子结合能必然反应了表面化学成份的情况。这正是光电子能谱仪的基本测试原理。 光电子谱线的特点及表示 光电子谱线与原子结构有关 其特点是量子化的 标记可用激发跃迁的能级来标记 SiC样品的XPS全扫描谱 4.2－2 光电子能谱仪 XPS的定性分析 XPS产生的光电子的结合能仅与元素种类以及所激发的原子轨道有关。特定元素的特定轨道产生的光电子能量是固定的，依据其结合能就可以标定元素； 从理论上，可以分析除H，He以外的所有元素，并且是一次全分析，范围非常广。 定量分析 表面分析： 获得样品表面的全扫描谱 获得各元素的高分辨谱 由高分辨谱的面积和散射因子求的各元素的原子百分比或质量百分比 深度剖析 利用离子溅射，获得不同深度处各元素的高分辨谱 由高分辨谱的面积和散射因子求得各元素的原子百分比或质量百分比 所有测试和分析都由计算机及配套软件完成 * 三种最基本的表面成分分析方法 名称 俄歇电子能谱 X射线光电子能谱 二次离子质谱 AES XPS SIMS 一次束 电子 X射线 离子 检测粒子 俄歇电子 光电子 二次离子 EABC＝EA-EB-EC Ek＝hν-Eb m/e 特点 定量较好 带有化学位移信息 检测灵敏度高 分辨率高 表面损伤小 ppb 缺点 轻元素不能分析 分辨差 表面损伤 （X射线不易聚焦） 定量困难 共同点：元素种类分析（成分分析、痕量分析）、表面分析 X射线光电子能谱仪结构框图 4.2－3 X射线光电子能谱的分析方法