文档介绍：XPS分析方法原理
XPS仪器基本结构
XPS主要分析技术
第六章
X射线光电子谱是重要的表面分析技术之一。它不仅能探测表面以及深度的化学组成,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。
X射线光电子能谱分析方法原理
光电效应
根据Einstein的能量关系式有:h= EB + EK
其中为光子的频率,EB 是内层电子的轨道结合能,EK 是被入射光子所激发出的光电子的动能。实际的X射线光电子能谱仪中的能量关系。其中以真空能级算起的结合能即
EBV与以Fermi能级算起的结合能EBF间有
因此有:
SP和S分别是谱仪和样品的功函数
光电子的特征性
当一束光子辐照到样品表面时,光子可以被样品中某一元素的原子轨道上的电子所吸收→电子脱离原子核的束缚,以一定的动能从原子内部发射出来→自由的光电子;对于特定的单色激发源和特定的原子轨道,其光电子的能量是特征的→其光电子的能量仅与元素的种类和所电离激发的原子轨道有关;
X射线光电子能谱分析方法原理
1、根据光电子的能量,确定样品表面存在的元素;
2、根据光电子的数量,确定元素在表面的含量;
3、X射线束在表面扫描,可以测得元素在表面的分布;
4、采用离子枪溅射及变角技术,得到元素在深度方向的分布;
5、根据不同化学环境下光电子峰位移动、峰型、峰间距变化,获得化学信息;
Binding energy (eV)
4f
4d
4p
4p
4s
Au XPS spectrum
横坐标为结合能,纵坐标为光电子的计数率;谱峰为光电子特征结合能;
一、固体样品:样品尺寸的限制—真空隔离要求的传递杆技术;注意表面的成分的状态的保护;
二、粉体样品:双面胶带固定;压片法—加热,表面反应、表面处理等动态分析要求;
三、特殊样品预处理:
1、含挥发性物质的样品—加热或溶剂清洗;
2、表面有机污染的样品:有机溶剂清洗—除有机溶剂;
3、带有微弱磁性的样品:退磁处理;禁止带有磁性样品进入分析室;
四、绝缘样品和导电性不好的样品:仪器必须进行样品荷电校准;
XPS谱仪的基本结构框图
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影响仪器特性的最主要部件和因素
一、仪器灵敏度:激发源强度;能量分析器的入口狭缝有效面积、立体接收角;电子传输率、电子检测器类型;
二、仪器分辨率:X射线源的自然线宽、能量分析器的线宽、受激样品原子的能级线宽;
表面、界面成分分析能力* 较好的元素价态分析能力化学位移分析:由于元素所处化学环境不同,内层电子的轨道结合能也不同;通过测得元素的结合能和化学位移,鉴定元素的化学价态; 结合能校准:标准样品测定化学位移——谱图上测量峰位位移、测量双峰间的距离变化、测量半峰高宽变化;* 成分深度的分析能力 1、变角XPS深度分析:利用采样深度的变化获得元素浓度与深度的对应关系;非破坏性分析;适用于1—5nm表面层;2、Ar离子剥离深度分析:交替方式-循环数依据薄膜厚度及深度分辨率而定;破坏性分析;
X射线光电子能谱主要分析技术
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X射线光电子能谱数据处理及分峰步骤
一、在Origin中作图步骤:
1、打开文件,可以看到一列数据,找到相应元素(如N1s)对应的Region (一个Region 对应一张谱图),一个文件有多个Region。
2、ic Energy,其下面一个数据为动能起始值,即谱图左侧第一个数据。用公式
BE始=-KE始-换算成结合能起始值,是一个常数值,即荷电位移,每个样品有一个值在邮件正文中给出。