XPS原理及使用分析.ppt

X射线光电子能谱分析
XPS
XPS原理及使用分析
XPS—X-rays Photoelectron Spectroscopy
ESCA—Electron Spectroscopy for Chemical Analysis
XPS原理及使用分析
爱因斯坦：光电效应
60年代，发展成为商用仪器
主要：PHI公司，VG公司，Karatos 公司
发展方向：单色化，小面积，成像XPS
一、概述
XPS原理及使用分析
：
（1）定性分析--根据测得的光电子动能可以确定表面存在哪些元素。%。
（2）定量分析--根据具有某种能量的光电子的强度可知某种元素在表面的含量。误差约20%。
（3）根据某元素光电子动能的位移可了解该元素所处的化学状态，有很强的化学状态分析功能。
（4）由于只有距离表面几个纳米范围的光电子可逸出表面，因此信息反映材料表面几个纳米厚度层的状态。
（5）结合离子溅射可以进行深度分析。
（6）对材料无破坏性。
（7）由于X射线不易聚焦, 照射面积大,不适于微区分析。
一、概述
XPS原理及使用分析
当单色的X射线照射样品,具有一定能量的入射光子同样品原子相互作用：
（1）光致电离产生光电子；
（2）电子从产生之处迁移到表面；
（3）电子克服逸出功而发射。

用能量分析器分析光电子的动能,得到的就是X射线光电子能谱。
二、XPS的测量原理
XPS原理及使用分析
XPS原理及使用分析
能量关系：
Hν = Eb+Φs+Ek’+Er
Eb-电子结合能（以费米能级为零点）
Φs-样品材料的功函数
Ek’-电子刚逸出表面时具有的动能
Er –出射电子的反冲能
由于样品与能谱仪接触，产生接触电势差，而在样品表面与能谱仪之间产生电场，使光电子射出后在此电场中加速或减速，动能发生改变，测量到的动能与原始能量不一致。
平衡时，有关系 Ek = Ek’ -(Φsp- Φs)
因此可得（忽略反冲能）
Hν = Eb+Φsp+ Ek
或
Ek = hν – Eb – Φsp
XPS原理及使用分析
紫外光电子能谱分析UPS—Ultra-violet photoelectron Spectroscopy
XPS分析使用的光源阳极是Mg或Al，其能量分别是1487和1254eV。
UPS的光源为氦放电灯，，其能量只能够激发出价带电子，因此主要用于价带分析。
XPS原理及使用分析
用离子束溅射剥蚀表面,用X射线光电子谱进行分析,两者交替进行, 可以得到元素及其化学状态的深度分布。
XPS原理及使用分析