X射线光电子能谱-avantage.ppt

X射线光电子能谱基础与应用
中科院兰州化学物理研究所
公共技术服务中心
刘佳梅
一、XPS工作原理
二、XPS仪器结构
三、样品制备方法
四、数据处理分析
五、应用实例分析
主要内容
一、XPS工作原理
Eb:电子结合能,电子克服原子核束缚和周围电子的作用,到达费米能级所需要的能量。特定原子、特定轨道上的电子的结合能为定值。
Φ:仪器的功函数
Ek:电子刚逸出表面时具有的动能
XPS工作原理
电子结合能与以下因素有关:
元素类别、电子占据轨道、元素所处化学态
不同元素的结合能——“指纹图”
电子结合能化学位移
如果同一个元素处在不同的价态,那么由于其所处的化学环境不同(有效库仑相互作用变化),相同能级的结合能也会有差别。具体表现为:
正价态,核外电子减少,核屏蔽减弱,结合能增加
负价态,核外电子增加,核屏蔽增强,结合能减少
原子结构示意
电子——电子
排斥作用
电子
Nucleus
电子——原子核
互相吸引
相对于中性原子的结合能
XPS是一种表面敏感的技术手段,测试表面以下约30个原子层(10nm)
测试厚度:
金属 -2nm
氧化物 2-4nm
有机物和聚合物 4-10nm
XPS的表面敏感性
XPS可以识别材料表面的元素组成
XPS可以得到材料表面上每种元素的价态信息
检测限:%~1%
有时候我们需要了解的材料的深度分布信息不止10 nm,那么这个时候我们就需要利用另外一种手段来进行深度剖析——离子束刻蚀
XPS谱图的表示
横坐标:动能或结合能,单位是eV,
一般以结合能为横坐标。
纵坐标:相对强度(CPS)。

结合能为横坐标的优点:
结合能比动能更能反应电子的壳层结构(能级结构)
结合能与激发光源的能量无关
XPS谱图信息
Barium Oxide
Monochromated XPS\Spot Size 500 µm
XPS谱图信息
Barium Oxide
Monochromated XPS\Spot Size 500 µm
谱峰、背底或伴峰
谱峰:X射线光电子入射,激发出的弹性散射的光电子形成的谱峰,谱峰明显而尖锐。
背底或伴峰:如光电子(从产生处向表面)输送过程中因非弹性散射(损失能量)而产生的能量损失峰,X射线源的强伴线产生的伴峰,俄歇电子峰等。
背底峰的特点:
在谱图中随着结合能的增加,背底电子的强度逐渐上升。