X射线光电子能谱分析.ppt

1第十二章第十二章 X X射线光电子能射线光电子能谱分析谱分析 2 X射线光谱分析?X射线谱仪特征 X-ray 高能粒子波谱仪波谱仪利用特征 X-ray 的波长不同来展谱横坐标是波长 /nm 能谱仪能谱仪利用特征 X-ray 能量不同来展谱横坐标是能量/ eV 展开谱图的方式光学方法,分光晶体、利用晶体衍射电子学方法, Si(Li )探测器、多道脉冲分析器分析元素范围广、探测极限小、分辨率高、适于精确的定量分析分析速度快,对试样的表面要求不严格,特别适合与 SEM 配合使用样品 3用于成分和价键分析的几种特征信号 31)特征 X射线 2)光电子 3)俄歇电子 4)特征能量损失电子 4电子能谱学的定义?电子能谱学可以定义为利用具有一定能量的粒子(光子,电子,粒子)轰击特定的样品,研究从样品中释放出来的电子或离子的能量分布和空间分布,从而了解样品的基本特征的方法。?入射粒子与样品中的原子发生相互作用,经历各种能量转递的物理效应,最后释放出的电子和粒子具有样品中原子的特征信息。?通过对这些信息的解析,可以获得样品中原子的各种信息如含量,化学价态等。 5 电子能谱学的内容非常广泛,凡是涉及到利用电子,离子能电子,离子能量进行分析的技术量进行分析的技术,均可归属为电子能谱学的范围。根据激发离子以及出射离子的性质,可以分为以下几种技术。?紫外光电子能谱(Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy , UPS ), ?X射线光电子能谱(X -ray P hotoelectron S pectroscopy , XPS ), ?俄歇电子能谱(A uger E lectron S pectroscopy, AES ), ?离子散射谱( Ion Scattering Spectroscopy , ISS ), ?电子能量损失谱( Electron Energy Loss Spectroscopy , EELS ) 等。 6 随着微电子技术的发展, X 光电子能谱已发展成为具有表面元素分析、化学态和能带结构分析以及微区化学态成像分析等功能的强大的表面分析仪器。 7 X 射线光电子能谱( XPS ,全称为 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的一种能谱。 12. X 射线光电子能谱分析 8 ?X射线是由德国物理学家伦琴( Wilhelm Conrad R? ntgen , l845-1923 ) 于1895 年发现的,他由此获得了 1901 年首届诺贝尔物理学奖。? XPS 现象基于爱因斯坦于 1905 年揭示的光电效应。爱因斯坦由于这方面的工作被授予 1921 年诺贝尔物理学奖; ? XPS 是由瑞典 Uppsala 大学的 K. Siegbahn 及其同事历经近 20 年的潜心研究于 20 世纪 50 年代中期研制开发出的一种新型表面分析仪器和方法。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。 9 Na 2S 2O 3和 Na 2 SO 4的 2p XPS 谱图 SO 4 2- S 2O 3 2-S (VI) S (II) S (VI) 20 世纪 60年代,对 Na 2S 2O 3的研究, 观测到 2p 2p结合能的化学位移结合能的化学位移,发现: Na 2S 2O 3的 XPS 谱图中出现两个完全分开的 2p 峰,而且两峰的强度相等。但在 Na 2 SO 4的 XPS 谱图中只有一个 2p 峰。这表明 Na 2S 2O 3 中的两个硫原子价态不同,从而造成了两者内层电子结合能的不同。 XPS 从此受到人们的重视。使 XPS 得到重视的事件 10 光电子的产生 1. 光电效应 X 射线光电子能谱分析的基本原理具有足够能量的入射光子(hv ) 与样品相互作用时,光子把它的全部能量转移给原子、分子或固体的某一束缚电子,使之电离。* * hv M M e MhveM ? ???? ??????????中性原子--入射光子能量发射出的光电子处于激发态的离子