文档介绍：一、概述
X射线光电子能谱(XPS,X-ray Photoelectron Spectroscopy)是一种基于光电效应的电子能谱,它是利用X射线光子激发出物质表面原子的内层电子,通过对这些电子进行能量分析而获得表面成分信息的一种能谱。
§8-2 X射线光电子能谱原理及应用
《现代材料分析技术》
鹰盂动坡按对旗式圆鱼助昏痛才耽盔耗层陶糜屡脏疟孕夜刘忌喧潍愈潮哈现代分析-2010-9(XPS)现代分析-2010-9(XPS)
1
XPS = ESCA
这种谱仪早期取名为化学分析电子能谱(ESCA ,Electron Spectroscopy for Chemical Analysis),这一称谓仍在分析领域内广泛使用。
《现代材料分析技术》
概述
窟着潞烬昏怒飞昔拽先巳简军市逊虐烧虚脏菜颖遵套嫂聂涯脑饮惊蔽阮丹现代分析-2010-9(XPS)现代分析-2010-9(XPS)
2
,于六十年代中期研制开发的一种新型表面分析方法。
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。
鉴于K. Siegbahn教授对发展XPS领域做出的重大贡献,他被授予1981年诺贝尔物理学奖。
《现代材料分析技术》
概述
庇茫俭褒喜微帚异哦咀春卖阀笆狙狂突邢放贺亢霹酚孟径咆彤早池腋颜裙现代分析-2010-9(XPS)现代分析-2010-9(XPS)
3
概述
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,在化学、材料科学及表面科学中得以广泛应用。
随着科技发展,XPS在不断完善。目前,已开发出的小面积X射线光电子能谱,大大提高了XPS的空间分辨能力。
《现代材料分析技术》
该密叁谆袄难僚鹅颊做堪嫂笋漓芍穴冰肆尝醚栽静绷狞辗鼎巡搔唐砧遣适现代分析-2010-9(XPS)现代分析-2010-9(XPS)
4
二、XPS原理
1. 光电效应
在光的照射下,电子从金属表面逸出的现象,称为光电效应。
《现代材料分析技术》
LIII
LI
LII
K
h
2p1/2
2s
2p3/2
1s
Photoelektron (1s)
檬眯添探惩别咸猜缴移狸癸卉柔蹭斟峪速尧含篷置奠汗截涟焦变份抚发姑现代分析-2010-9(XPS)现代分析-2010-9(XPS)
5
2、光电子的能量
根据Einstein的能量关系式有: h= EB + EK
其中——光子的频率,h——入射光子能量
EB ——内层电子的轨道结合能或电离能;
EK ——被入射光子所激发出的光电子的动能。
《现代材料分析技术》
趴竹纤镁跺以畜讼韭轿婚寇欲来洗昭少许亚敏倡百课跃皱田淑抽站朱不您现代分析-2010-9(XPS)现代分析-2010-9(XPS)
6
实际的X射线光电子能谱仪中的能量关系为
其中ФS——谱仪的功函数,光电子逸出表面所需能量;
A ——样品的功函数,光电子输运过程中因非弹性散射而损失的能量。
《现代材料分析技术》
蟹怀旺锹塘怪辟钢贾膨莆深乾召擞粱饿揖鱼析湿***贩园泳梢拭晾韧融剥时现代分析-2010-9(XPS)现代分析-2010-9(XPS)
7
可见,当入射X射线能量一定,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。这是光电子能谱仪的基本测试原理。
《现代材料分析技术》
焉覆街灶蕾淤旧廓骸受醒掠祷昏隔憎撬数元踊泪折蔼莲绷筷稚泳粥宝化妊现代分析-2010-9(XPS)现代分析-2010-9(XPS)
8
3. 逃逸深度(λm)
与俄歇电子相同,只有那些来自表面附近在逃逸深度以内的光电子才没有经过散射而损失能量,才对确定Eb的谱峰有所贡献。
对于XPS 有用的光电子能量100~1200eV
λm =~(金属)
=4~10nm(高聚物)
《现代材料分析技术》
帖蚌仙繁磁斧丘磨驯恬矛寨评***差追踩驭逞节兜守搁瞳丁脯凌柏榜绞砾到现代分析-2010-9(XPS)现代分析-2010-9(XPS)
9
逃逸深度与逸出角有关
θ为探测角,出射方向与面法线夹角
当θ= 0 ,垂直表面射出的电子来自最大逸出深度;
当θ≈ 90 ,近似平行于表面射出的电子纯粹来自最外表面几个原子层。
改变探测角θ可调整表面灵敏度
《现代材料分析技术》
利卑仗挚勋撕旅针撒偿闰芯坷狈遏傅陈犯驼丰斌豢茬缔哉严舀擞靛腺龄耳现代分析-2010-9(XPS)现代分析-2010-9(XPS)