文档介绍：第八章:X射线光电子谱(XPS) X-ray Photoelectron Spectroscopy
第一节、光电子能谱简介
(如X射线、紫外光)或电子束去照射样品,使样品中电子受到激发而发射出来,然后测量这些电子的产额(强度)对其能量的分布,从中获得有关信息的一类分析方法。电子能谱是固体表面分析的主要方法之一。
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X射线光电子能谱(X-Ray Photoelectron Spectrometer XPS)
紫外光电子能谱(Ultraviolet Photoelectron Spectrometer, UPS)
俄歇电子能谱(Auger Electron Spectrometer, AES)
(AES)是用具有一定能量的电子束(或X射线)激发样品俄歇效应,通过检测俄歇电子的能量和强度,从而获得有关材料表面化学成分和结构的信息的方法。
4. X射线光电子能谱法(XPS),采用能量为1000~1500eV 的X射线源,能激发内层电子, 使物质光电离、光电子发射,研究其激发过程及其能量关系,各种元素内层电子的结合能是有特征性的,因此可以用来鉴别化学元素。又称为化学分析用电子能谱法(ESCA)。
(UPS)是以紫外光为激发源致样品光电离而获得的光电子能谱。目前采用的光源为光子能量小于100eV的真空紫外光源(常用He、Ne等气体放电中的共振线)。这个能量范围的光子只能激发样品中原子、分子的外层价电子或固体的价带电子,从而获得相关的价电子和能带结构的特征关系。
XPS技术发展历史
X射线光电子谱是重要的表面分析技术之一。它不仅能探测表面的化学组成,而且可以确定各元素的化学状态,因此,在化学、材料科学及表面科学中得以广泛地应用。
。他们发现了内层电子结合能的位移现象,解决了电子能量分析等技术问题,测定了元素周期表中各元素轨道结合能,并成功地应用于许多实际的化学体系。
第二节、光电子能谱原理
能量关系可表示:
原子的反冲能量
忽略(<)得
电子结合能
电子动能
X-ray Beam
X-ray ration depth ~1mm.
Electrons can be excited in this entire volume.
X-ray excitation area ~1x1 cm2. Electrons are emitted from this entire area
Electrons are extracted only from a narrow solid angle.
1 mm2
10 nm
Conduction Band
Valence Band
L2,L3
L1
K
Fermi
Level
Free
Electron
Level
光:Incident X-ray
发射出的光电子Ejected Photoelectron
1s
2s
2p
光电效应(Photoelectric Process)
1电磁波使内层电子激发,并逸出表面成为光电子,测量被激发的电子能量就得到XPS, 不同元素种类、不同元素价态、不同电子层(1s, 2s, 2p等)所产生的XPS不同。
2被激发的电子能量可用下式表示:
KE = hv - BE - spec
式中 hv=入射光子(X射线)能量
BE=电子键能或结合能、电离能
KE=电子动能(ic Energy)
spec= 谱学功函数或电子反冲能(Spectrometer Work Function)
谱学功函数极小,可略去, 得到
KE = hv - BE
3 元素不同,其特征的电子键能不同。测量电子动能KE ,就得到对应每种元素的一系列BE-光电子能谱,就得到电子键能数据。
4 谱峰强度代表含量,谱峰位置的偏移代表价态与环境的变化-化学位移。