文档介绍：:..1&1引言固体表面分析业已发展为一种常用的仪器分析方法,特别是对于固体材料的分析和元素化学价态分析。目前常用的表血成分分析方法有:X射线光电子能谱(XPS),俄歇电子能谱(AES),静态二次离子质谱(SIMS)和离子散射谱(ISS)。AES分析主要应用于物理方面的固体材料科学的研究,而XPS的应用面则广泛得多,更适合于化学领域的研究。SIMS和ISS由于定量效果较差,在常规表面分析小的应用相对较少。但近年随着飞行时间质谱(TOF-SIMS)的发展,使得质谱在表面分析上的应用也逐渐增加。本章主耍介绍X射线光电子能谱的实验方法。X射线光电子能谱(XPS)也被称作化学分析丿IJ电子能谱(ESCA)。该方法是在六十年代由瑞典科学家KaiSiegbahn教授发展起来的。由于在光电了能谱的理论和技术上的重人贡献,1981年,KaiSiegbahn获得了诺贝尔物理奖。三I•多年的来,X射线光电了能谱无论在理论上和实验技术上都已获得了长足的发展。XPS已从刚开始主要用来对化学元素的定性分析,业已发展为表面元素定性、半定量分析及元素化学价态分析的重要手段。XPS的研究领域也不再局限于传统的化学分析,而扩展到现代迅猛发展的材料学科。目前该分析方法在日常表而分析工作中的份额约50%,是一种最主要的表而分析工具。m大小,|1在XPS谱仪技术发展方面也取得了巨大的进展。在X射线源上,已从原来的激发能固定的射线源发展到利用同步辐射获得X射线能最单色化并连续可调的激发源;传统的固定式X射线源也发展到电子朿扫描金属靶所产生的可扫描式X射线源;X射线的朿斑直径也实现了微型化,最小的束斑直径已能达到6使得XPS在微区分析上的应用得到了大幅度的加强。图像XPS技术的发展,人人促进了XPS在新材料研究上的应用。在谱仪的能量分析检测器方面,也从传统的单通道电了倍增器检测器发展到位置灵敏检测器和多通道检测器,使得检测灵敏度获得了大幅度的提高。计算机系统的广泛采用,使得采样速度和谱图的解析能力也有了很大的提高。由于XPS具有很高的表而灵頌度,适合于有关涉及到表面元素定性和定量分析方而的应用,同样也可以应用于元素化学价态的研究。此外,配合离了束剥离技术和变角XPS技术,还可以进行薄膜材料的深度分析和界而分析。因此,XPS方法可广泛应用于化学化工,材料,机械,电子材料等领域。,当一束光子辐照到样品表面时,光子可以被样品屮某一元素的原了轨道上的电了所吸收,使得该电了脱离原了核的束缚,以一定的动能从原了内部发射出来,变成自由的光电了,而原了本身则变成一个激发态的离子。在光电离过程中,固体物质的结合能町以用下面的方程表示:s(|)・Eb・vEk=h()一式中Ek出射的光电子的动能,eV;X射线源光子的能量,eV;—vh特定原了轨道上的结合能,eV;—Eb谱仪的功函,一s(j)eV。谱仪的功函主要山谱仪材料和状态决定,对同一台谱仪基本是一个常数,与样品无关,•其平均值为3〜4eV。在XPS分析屮,由于采用的X射线激发源的能量较高,不仅可以激发出原了价轨道屮的价电子,还可以激发出芯能级上的内层轨道电子,其出射光电子的能量仅与入射光子的能量及原子轨道结合能有关