X-射线光电子能谱2.pptVIP

EAES和XAES的比较 元素态和氧化态的XPS和XAES的化学位移比较 X射线光电子能谱实验技术 样品的制备 离子束溅射技术 样品的荷电及消除 能量刻度标定 4.1 样品的制备 X射线光电子能谱仪对分析的样品有特殊的要求，在通常情况下只能对固体样品进行分析。 由于涉及到样品在超高真空体系中的传递和分析，待分析的样品一般都需要经过一定的预处理。主要包括样品的大小，粉末样品处理, 挥发性样品的处理，表面污染样品及带有微弱磁性的样品的处理。 1. 样品的大小 在实验过程中样品必须通过传递杆，穿过超高真空隔离阀，送进样品分析室。因此，样品的尺寸必须符合一定的大小规范。 对于块体样品和薄膜样品，其长宽最好小于10mm, 高度小于5 mm。 对于体积较大的样品则必须通过适当方法制备成合适大小的样品。 但在制备过程中，必须考虑到处理过程可能会对表面成分和状态的影响。 粉末样品有两种制样方法，一种是用双面胶带直接把粉体固定在样品台上，另一种是把粉末样品压成薄片，然后再固定在样品台上。 前者的优点是制样方便，样品用量少，预抽到高真空的时间较短，缺点是可能会引进胶带的成分。对普通的实验，一般采用胶带法制样。 后者的优点是可在真空中对样品进行处理，如：加热和反应等，其信号强度也要比胶带法高得多。缺点是样品用量大，抽到超高真空的时间太长。 对于含有挥发性物质的样品，在样品进入真空系统前必须清除掉挥发性物质。 一般可以通过对样品加热或用溶剂清洗等方法。 处理样品时，应该保证样品中的成份不发生化学变化。 对于表面有油等有机物污染的样品，在进入真空系统前必须用油溶性溶剂如环己烷、丙酮等清洗掉样品表面的油污。最后再用乙醇清洗掉有机溶剂， 对于无机污染物，可以采用表面打磨以及离子束溅射的方法来清洁样品。 为了保证样品表面不被氧化，一般采用自然干燥。 由于光电子带负电荷，在微弱的磁场作用下，也可以发生偏转。当样品具有磁性时，由样品表面出射的光电子就会在磁场的作用下偏离接收角，最后不能到达分析器，因此，得不到正确的XPS谱。 此外，当样品的磁性很强时，还有可能使分析器头及样品架磁化的危险，因此，绝对禁止带有磁性的样品进入分析室。 一般对于具有弱磁性的样品，可以通过退磁的方法消除样品的微弱磁性. 4.2 离子束溅射技术 在X射线光电子能谱分析中，为了清洁被污染的固体表面，常常利用离子枪发出的离子束对样品表面进行溅射剥离，清洁表面。 离子束更重要的应用则是样品表面组分的深度分析。利用离子束可定量地剥离一定厚度的表面层，然后再用XPS分析表面成分，这样可以获得元素成分沿深度方向的分布图，即深度剖析。 4.3 样品的荷电及消除 荷电的产生 对于绝缘体样品或导电性能不好的样品，经X射线辐照后，光电子射出，在样品表面积累的正电荷不能得到电子的补充，产生一定的电荷积累，束缚光电子逸出。 样品表面荷电相当于给从表面出射的自由光电子增加了一定的额外电场, 使得测得的结合能比正常的要高。 荷电的消除 样品荷电问题比较复杂，一般难以用某一种方法彻底消除。 表面蒸镀导电物质，如：金，碳等，要考虑到蒸镀厚度对结合能的测定的影响，以及蒸镀物质与样品的相互作用的影响。 利用低能电子中和枪，将大量的低能电子到照射样品表面，中和正电荷。控制电子流密度合适。 荷电的校准 在实际的XPS分析中，一般采用内标法进行校准。通常有Au内标法和C内标法； 最常用的方法是用真空系统中最常见的有机污染碳的C 1s的结合能为284.6 eV，进行校准。 也可以利用材料中已知状态元素的结合能进行校准。 XPS定性分析 XPS定量分析 XPS价态分析 XPS深度剖析 1. 变角XPS法: 变角XPS深度分析是一种非破坏性的深度分析技术，但只能适用于表面层非常薄（1～5nm）的体系。 其原理是利用XPS的采样深度与样品表面出射的光电子的接收角的正玄关系，可以获得元素浓度与深度的关系。 取样深度（d）与掠射角(θ)的关系如下：d = 3?sin(θ). 当θ为90?时，XPS的采样深度最深，当θ为5?时，可以使表面灵敏度提高10倍。 在运用变角深度分析技术时， 必须注意下面因素的影响。（1）单晶表面的点陈衍射效应；（2）表面粗糙度的影响；（3）表面层厚度应小于10 nm. Angle-resolved XPS Analysis of Self-Assembling Monolayers 2. 离子束溅射深度分析 Ar离子剥离深度分析方法是一种使用最广泛的深度剖析的方法，是一种破坏性分析方法，会引起样品表面晶格的损伤，择优溅射和表面原子混合等现象。 其优点是可以分析表面层较厚的体系，深度分析的速度较快。其分析原理是先把表面一定厚度的元素溅射掉，然后再用XPS分析剥离后的表面元素