現(xiàn)代材料分析方法-X射線光電子能譜

1、X- 射線光電子能譜射線光電子能譜XPS 概述：1954世界上第一臺世界上第一臺XPS：瑞典瑞典K.Siegbahn教授教授；20世紀(jì)世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)化學(xué)態(tài)對結(jié)年代發(fā)現(xiàn)化學(xué)態(tài)對結(jié)合能的影響，引起重視；合能的影響，引起重視；1972年，兩年一度的分析化學(xué)年，兩年一度的分析化學(xué)評論正式將電子能譜列為評論評論正式將電子能譜列為評論之列；之列；70年代：年代：高真空技術(shù)與高真空技術(shù)與XPS相相結(jié)合結(jié)合1981年年K.Siegbahn教授獲教授獲諾諾貝爾物理學(xué)獎貝爾物理學(xué)獎最早最早在原子物理實驗室：在原子物理實驗室：XPS用于測量各元素原子用于測量各元素原子的電子束縛能的電子束縛能XPS 概述 ：除除H

2、以外，所有元素的以外，所有元素的表面成分表面成分分析；分析；各類表面物質(zhì)的各類表面物質(zhì)的化學(xué)狀態(tài)鑒別化學(xué)狀態(tài)鑒別；薄膜中元素分布的深度薄膜中元素分布的深度成分分析；成分分析；對一些必須避免電子束有害影響的樣品的成分分析。對一些必須避免電子束有害影響的樣品的成分分析。確定金屬氧化物表面膜中金屬原子的氧化狀態(tài)；確定金屬氧化物表面膜中金屬原子的氧化狀態(tài)；鑒別表面石墨或碳化物的碳；鑒別表面石墨或碳化物的碳；XPS：原理-光電效應(yīng)光電效應(yīng)當(dāng)一束能量為當(dāng)一束能量為h的單色光與原子發(fā)生相互作用，而的單色光與原子發(fā)生相互作用，而時，時，發(fā)生電離：發(fā)生電離： M + h= M*+ + e- 光電效應(yīng)過程同時滿足

3、能量守恒和動量守恒，入射光光電效應(yīng)過程同時滿足能量守恒和動量守恒，入射光子和光電子的動量之間的差額是由原子的反沖來補(bǔ)償子和光電子的動量之間的差額是由原子的反沖來補(bǔ)償?shù)?。的。光電效?yīng)的幾率隨著電子同原子核結(jié)合的加緊而很快光電效應(yīng)的幾率隨著電子同原子核結(jié)合的加緊而很快的增加，所以只要光子的能量足夠大，被激發(fā)的總是的增加，所以只要光子的能量足夠大，被激發(fā)的總是內(nèi)層電子。外層電子的光電效應(yīng)幾率就會很小，特別內(nèi)層電子。外層電子的光電效應(yīng)幾率就會很小，特別是是XPS：原理 光電子動能光電子動能: Ek= h- Eb-sp（ sp是功函數(shù)）是功函數(shù)）spWs光電子動能光電子動能: Ek= h- Eb-spX

4、PS：原理 由于每種元素的由于每種元素的的，測定一個或多的，測定一個或多個光電子的束縛能就可判斷元素的類型個光電子的束縛能就可判斷元素的類型。(定性分定性分析析)芯電子電離后（原子處于激發(fā)態(tài)），較外層的電子芯電子電離后（原子處于激發(fā)態(tài)），較外層的電子可能躍入所留下的空位，通過發(fā)射光子或俄歇電子可能躍入所留下的空位，通過發(fā)射光子或俄歇電子而退激發(fā)。因此光電子同時而退激發(fā)。因此光電子同時。XPS：原理為某能級的電子對入射光子有效能量轉(zhuǎn)換面積，也可表為某能級的電子對入射光子有效能量轉(zhuǎn)換面積，也可表示為一定能量的光子與原子作用時從某個能級激發(fā)出一個示為一定能量的光子與原子作用時從某個能級激發(fā)出一個電子

5、的幾率電子的幾率。與電子所在殼層的平均半徑與電子所在殼層的平均半徑r、入射光子頻率、入射光子頻率n和原子序和原子序數(shù)數(shù)Z等因素有關(guān)等因素有關(guān)。34567891112元素元素LiBeBCNOFNaMg1.14.211224064100 195 266vX射線光電子譜儀的能量校準(zhǔn)射線光電子譜儀的能量校準(zhǔn) X射線光電子能譜分析的首要任務(wù)是譜儀的能量射線光電子能譜分析的首要任務(wù)是譜儀的能量校準(zhǔn)。一臺工作正常的校準(zhǔn)。一臺工作正常的X射線光電子譜儀應(yīng)是經(jīng)射線光電子譜儀應(yīng)是經(jīng)過能量校準(zhǔn)的。過能量校準(zhǔn)的。X射線光電子譜儀的能量校準(zhǔn)工作是經(jīng)常性的，射線光電子譜儀的能量校準(zhǔn)工作是經(jīng)常性的，一般地說，每工作幾個月或

6、半年，就要重新校準(zhǔn)一般地說，每工作幾個月或半年，就要重新校準(zhǔn)一次。一次。 XPS：原理對于氣態(tài)對于氣態(tài)XPS，測定的結(jié)合能與計算的結(jié)合能是一致，測定的結(jié)合能與計算的結(jié)合能是一致，因此，可以直接比較。對于導(dǎo)電固體樣品，測定的結(jié)因此，可以直接比較。對于導(dǎo)電固體樣品，測定的結(jié)合能則是以合能則是以Fermi能級為基準(zhǔn)的，因此，同計算結(jié)果能級為基準(zhǔn)的，因此，同計算結(jié)果對比時，應(yīng)用公式進(jìn)行換算。對比時，應(yīng)用公式進(jìn)行換算。對于非導(dǎo)電樣品，參考能級的確定是比困難的。對于非導(dǎo)電樣品，參考能級的確定是比困難的。 EEBVBFSXPS信息深度信息深度 （其它原子核與光電子相互作用，只改變方向不其它原子核與光電子相互

7、作用，只改變方向不改變能量改變能量）電子的逃逸深度電子的逃逸深度定義定義：具有確定能量：具有確定能量Ec的電子能夠通過而不損傷能的電子能夠通過而不損傷能量的最大距離。量的最大距離。逃逸深度逃逸深度是電子彈性散射的平均自由程是電子彈性散射的平均自由程。逃逸深度與入射粒子無關(guān)，是逃逸深度與入射粒子無關(guān)，是XPS信息深度信息深度 光電子光電子和和俄歇電子俄歇電子只有在表面附近只有在表面附近逃逸深度以內(nèi)逃逸深度以內(nèi)，沒有經(jīng)散射損失，沒有經(jīng)散射損失能量的電子才能量的電子才對對Eb的譜峰有貢獻(xiàn)的譜峰有貢獻(xiàn)。對光電子，能量對光電子，能量1001200eV， 0.22.0nm實際的逃逸深度與電子在固體內(nèi)實際的

8、逃逸深度與電子在固體內(nèi)的運動方向有關(guān)的運動方向有關(guān) 電子能譜儀對表面特別靈敏電子能譜儀對表面特別靈敏 短短XPS與與AES一樣一樣對表面靈敏對表面靈敏 （幾個原子層）（幾個原子層）XPS：裝置 組成：x射線源射線源樣品臺樣品臺電子能量分析器電子能量分析器電子探測和倍增器電子探測和倍增器數(shù)據(jù)處理與控制數(shù)據(jù)處理與控制真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)核心部件：激發(fā)源；核心部件：激發(fā)源；能量分析器；和電子能量分析器；和電子探測器探測器 X射線光電子能譜儀射線光電子能譜儀XPS：裝置要求：要求：能量足夠激發(fā)芯電子層；能量足夠激發(fā)芯電子層；強(qiáng)度產(chǎn)生足夠的光電子通量；強(qiáng)度產(chǎn)生足夠的光電子通量；線寬（線寬（決定決定XPS峰的

9、半高寬峰的半高寬FWHM）盡量窄；）盡量窄；Mg、Al源源XPS：裝置2種結(jié)構(gòu)：種結(jié)構(gòu)：筒鏡分析器筒鏡分析器CMA：點傳輸率很：點傳輸率很高，有很高信噪比。高，有很高信噪比。XPS為提高為提高分辨率，將分辨率，將2個同軸筒鏡串聯(lián)個同軸筒鏡串聯(lián)同心半球分析器同心半球分析器CHA：兩半球：兩半球間的電勢差產(chǎn)生間的電勢差產(chǎn)生1/r2的電場，的電場，只只有選定能量的電子才能到達(dá)出口有選定能量的電子才能到達(dá)出口。前面放置一前面放置一透鏡透鏡或或柵極柵極電電子減速子減速電子動能可選定在電子動能可選定在一預(yù)設(shè)值（通道能量）一預(yù)設(shè)值（通道能量）提提高靈敏度高靈敏度半球形電子能量分析器半球形電子能量分析器)(/

10、E2112rrrrcceVbl改變V便可選擇不同的EK，如果在球形電容器上加一個掃描電壓掃描電壓，會對不同能量的電子具有不同的偏轉(zhuǎn)作用，從而 XPS：樣品制備樣品尺寸：樣品尺寸：無機(jī)材料：無機(jī)材料：溶劑清洗溶劑清洗（萃?。ㄝ腿。╅L時間抽真空長時間抽真空去除表面污染物去除表面污染物氬離子槍氬離子槍刻蝕刻蝕去除表面污染物去除表面污染物擦磨、刮磨和研磨擦磨、刮磨和研磨獲得新鮮表面（注意不要帶入污染物）獲得新鮮表面（注意不要帶入污染物）真空加熱真空加熱去除表面吸附去除表面吸附有機(jī)材料：有機(jī)材料：壓片法壓片法：對軟散材料壓成片：對軟散材料壓成片溶解法溶解法：溶于易揮發(fā)有機(jī)溶劑：溶于易揮發(fā)有機(jī)溶劑鍍金托

11、盤鍍金托盤晾干、吹干晾干、吹干研壓法研壓法：對不溶于有機(jī)溶劑的樣品：對不溶于有機(jī)溶劑的樣品少量研磨于金箔上少量研磨于金箔上形形成薄層成薄層XPS：譜圖典型譜圖典型譜圖橫坐標(biāo)：電子束縛能橫坐標(biāo)：電子束縛能(能直接反映電子殼層能直接反映電子殼層/能級結(jié)構(gòu)能級結(jié)構(gòu))或動或動能；能；eV縱坐標(biāo)：縱坐標(biāo)：cps（Counts per second），相對光電子流強(qiáng)度），相對光電子流強(qiáng)度譜峰直接代表原子軌道的結(jié)合能譜峰直接代表原子軌道的結(jié)合能本底為軔致輻射（非彈性散射的一次和二次電子產(chǎn)生）：高本底為軔致輻射（非彈性散射的一次和二次電子產(chǎn)生）：高結(jié)合能的背底電子多，隨結(jié)合能的增高呈逐漸上升趨勢。結(jié)合能的背底

12、電子多，隨結(jié)合能的增高呈逐漸上升趨勢。XPS：譜圖：譜圖典型譜圖典型譜圖Fe的清潔表面的清潔表面XPS：譜圖：譜圖典型譜圖典型譜圖本征信號不強(qiáng)的本征信號不強(qiáng)的XPS譜圖譜圖中，往往有明顯中，往往有明顯“噪音噪音”不完全是儀器導(dǎo)致不完全是儀器導(dǎo)致可能是可能是信噪比太低信噪比太低，即，即待測元素含量太少待測元素含量太少增加掃描次數(shù)、延長增加掃描次數(shù)、延長掃描時間掃描時間噪音噪音注意：注意：譜圖對比時測量譜圖對比時測量參數(shù)必須一致。參數(shù)必須一致。掃描掃描1次次掃描掃描3次次涂膜玻璃的涂膜玻璃的Si2p譜譜原子能級劃分原子能級劃分1量子數(shù)表示電子運動狀態(tài)量子數(shù)表示電子運動狀態(tài) : 電子能量主要（并非完

13、全）取決于電子能量主要（并非完全）取決于 ; 電子能量電子能量 1, 2, 3, ；通常以通常以K(n=1), L(n=2),M(n=3)表示表示相同的相同的 表示相同的電子殼層表示相同的電子殼層:決定決定電子云的幾何形狀電子云的幾何形狀；不同的；不同的 將電將電子殼層分成幾個亞層，即子殼層分成幾個亞層，即能級能級。與與 有關(guān)，給定有關(guān)，給定 后，后， 0, 1, 2，( 1);通常以通常以(l=0), (l=1), (l=2), (l=3), 表示表示在給定殼層的能級上，在給定殼層的能級上， 電子能量略電子能量略 原子能級劃分原子能級劃分-2 :決定決定電子云在空間的伸展方向電子云在空間的伸

14、展方向(取向取向)；給定給定 后，后， 取取+ 和和- 之間的任何整數(shù)，之間的任何整數(shù)， l, l-1, , 0, -1, , - l ；若若 =0，則，則 =0；若；若 =1，則，則 =1,0,-1。:表示表示電子繞其自身軸的旋轉(zhuǎn)電子繞其自身軸的旋轉(zhuǎn)取向取向；與上述；與上述3個量子數(shù)無關(guān)。個量子數(shù)無關(guān)。原子能級劃分原子能級劃分-3電子的軌道運動和自旋運動間存在電磁相互作用，電子的軌道運動和自旋運動間存在電磁相互作用，即：即：自旋軌道耦合作用自旋軌道耦合作用的結(jié)果使其能級發(fā)生分的結(jié)果使其能級發(fā)生分裂，對裂，對 0的內(nèi)殼層來說，這種分裂可用的內(nèi)殼層來說，這種分裂可用j表示表示(j)若若 ，則，則

15、j ；若若 ，則，則j 或或 ;除除s亞殼層不發(fā)生自旋分裂外，凡亞殼層不發(fā)生自旋分裂外，凡 的各亞殼的各亞殼層都將分裂成兩個能級層都將分裂成兩個能級出現(xiàn)出現(xiàn)雙峰雙峰 自旋軌道劈裂自旋軌道劈裂0132XPS：譜圖：譜圖典型譜圖典型譜圖圖譜中，單個原圖譜中，單個原子能級用子能級用2個數(shù)字和個數(shù)字和1個小寫字母表示個小寫字母表示E.g. 3d5/2, 第一數(shù)代表第一數(shù)代表主量子數(shù)主量子數(shù)n3, 小寫字小寫字母代表角量子數(shù)母代表角量子數(shù)d指指l2 ；右下標(biāo)表；右下標(biāo)表示內(nèi)量子數(shù)示內(nèi)量子數(shù)j：化學(xué)位移：化學(xué)位移當(dāng)同元素原子放在不同化學(xué)環(huán)境中時，其芯電子的束當(dāng)同元素原子放在不同化學(xué)環(huán)境中時，其芯電子的束縛

16、能發(fā)生改變，在縛能發(fā)生改變，在譜圖上表現(xiàn)為譜峰相對于純元譜圖上表現(xiàn)為譜峰相對于純元素發(fā)生位移，該位移稱為素發(fā)生位移，該位移稱為。引起化學(xué)位移的因素：引起化學(xué)位移的因素：不同的氧化態(tài)不同的氧化態(tài)形成化合物形成化合物不同的近鄰數(shù)或原子占據(jù)不同的點陣位置不同的近鄰數(shù)或原子占據(jù)不同的點陣位置不同的晶體結(jié)構(gòu)不同的晶體結(jié)構(gòu)簡化模型簡化模型：外層電子（價電子）的變化改變原子核對內(nèi)層電外層電子（價電子）的變化改變原子核對內(nèi)層電子的吸引力，子的吸引力，價電子對芯電子有排斥作用價電子對芯電子有排斥作用，即屏蔽了核的正，即屏蔽了核的正電荷對芯電子的吸引力電荷對芯電子的吸引力：化學(xué)位移：化學(xué)位移增加價電子，使屏蔽效應(yīng)

17、增加價電子，使屏蔽效應(yīng)增強(qiáng)，降低電子的束縛能增強(qiáng)，降低電子的束縛能；反之，反之，價電子減少，有效價電子減少，有效正電荷增加正電荷增加電子束縛能電子束縛能增加增加W的氧化數(shù)增加，更多價的氧化數(shù)增加，更多價電子轉(zhuǎn)移到電子轉(zhuǎn)移到O離子，離子，4f電子電子的束縛能移向較高能量。的束縛能移向較高能量。：化學(xué)位移：化學(xué)位移化學(xué)位移與氧化態(tài)關(guān)系化學(xué)位移與氧化態(tài)關(guān)系a:真空中加熱，存在氧化真空中加熱，存在氧化b:空氣中氧化空氣中氧化c:Zr作還原劑阻止氧化作還原劑阻止氧化F的電負(fù)性的電負(fù)性O(shè)化學(xué)位移化學(xué)位移：化學(xué)位移電負(fù)性對化學(xué)位移的影響電負(fù)性對化學(xué)位移的影響鹵素元素鹵素元素X取代取代CH4中中的的H， X

18、電負(fù)性電負(fù)性HC原子周圍原子周圍負(fù)電荷密度降負(fù)電荷密度降低低C的的1s電子同原子電子同原子核的結(jié)合更緊密核的結(jié)合更緊密C1s結(jié)合能提高，與電負(fù)性結(jié)合能提高，與電負(fù)性差差 S=(Xi-XH)成正比成正比：多重劈裂：多重劈裂過渡族金屬、稀土過渡族金屬、稀土金屬金屬(未填滿的未填滿的d層層和和f層層)譜峰很譜峰很寬寬當(dāng)價電子殼層內(nèi)當(dāng)價電子殼層內(nèi)有一個或多個自有一個或多個自旋未配對電子，旋未配對電子，而光電離發(fā)生在而光電離發(fā)生在另一殼層，會發(fā)另一殼層，會發(fā)生譜峰的生譜峰的多重劈多重劈裂裂。Fe 2p3/2譜峰多重劈裂模擬計算結(jié)果譜峰多重劈裂模擬計算結(jié)果：多重劈裂：多重劈裂Mn2+的的3s軌道受激發(fā)后，

19、軌道受激發(fā)后，出現(xiàn)出現(xiàn)2種終態(tài)：種終態(tài)：a態(tài)態(tài)：電離后剩：電離后剩1個個3s電子和電子和5個個3d電子的自電子的自旋方向相同旋方向相同b態(tài)態(tài)：反之。：反之。未成對電未成對電子與價軌道上的未成子與價軌道上的未成對電子耦合，使其能對電子耦合，使其能量降低，即與原子核量降低，即與原子核結(jié)合牢固結(jié)合牢固XPS的電的電子結(jié)合能升高子結(jié)合能升高。MnF2 3s電子的電子的XPS譜圖譜圖：多重劈裂：多重劈裂涂層玻璃表面涂層玻璃表面XPS光電子線其它伴線光電子線其它伴線XPS圖譜中除光電子線外，還有俄歇線、圖譜中除光電子線外，還有俄歇線、x射線射線衛(wèi)星線、鬼線、振激線和振離線和能量損傷線等。衛(wèi)星線、鬼線、振激

20、線和振離線和能量損傷線等。強(qiáng)光電子線（強(qiáng)光電子線（通常強(qiáng)度最大，峰寬最小，對稱性最通常強(qiáng)度最大，峰寬最小，對稱性最好好）XPS譜圖的主線譜圖的主線同一殼層上的光電子，內(nèi)角量子數(shù)同一殼層上的光電子，內(nèi)角量子數(shù)J J越大，譜線強(qiáng)度越大越大，譜線強(qiáng)度越大常見強(qiáng)光電子線有常見強(qiáng)光電子線有1s, 2p3/2, 3d5/2, 4f7/2光電子線的譜線寬度來自光電子線的譜線寬度來自元素本征信號的自然線寬元素本征信號的自然線寬、x x射射線源的自然線寬線源的自然線寬、儀器儀器及及樣品自身狀況的寬化樣品自身狀況的寬化因素等四個因素等四個方面的貢獻(xiàn)。方面的貢獻(xiàn)。其它譜線其它譜線伴線伴線或或伴峰伴峰XPS光電子線其

21、它伴線光電子線其它伴線原子中的一個內(nèi)層電子光致原子中的一個內(nèi)層電子光致電離射出后，內(nèi)層留下一空電離射出后，內(nèi)層留下一空穴，原子處于穴，原子處于激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)。激發(fā)。激發(fā)態(tài)離子要向低能轉(zhuǎn)化而發(fā)生態(tài)離子要向低能轉(zhuǎn)化而發(fā)生馳豫馳豫；馳豫通過輻射；馳豫通過輻射躍遷釋躍遷釋放能量放能量。輻射出的的射線波長在輻射出的的射線波長在x射線區(qū)射線區(qū) x射線熒光射線熒光躍遷使另一電子激發(fā)成自由電躍遷使另一電子激發(fā)成自由電子子俄歇電子俄歇電子多以譜線群方式出現(xiàn)多以譜線群方式出現(xiàn)俄歇線俄歇線OKLL、CKLLKLL:左邊代表起始空穴的電子層，中間代表填補(bǔ)左邊代表起始空穴的電子層，中間代表填補(bǔ)起始空穴的電子所屬的電子層，

22、右邊代表發(fā)射俄歇起始空穴的電子所屬的電子層，右邊代表發(fā)射俄歇電子的電子層電子的電子層XPS光電子線其它伴線光電子線其它伴線XPS衛(wèi)星線衛(wèi)星線(Ref to書書P215)用來照射樣品的單色用來照射樣品的單色x射線并非單色，常規(guī)射線并非單色，常規(guī)Al/Mg Ka1,2射線里混雜射線里混雜Ka3,4,5,6和和Kb射線射線，它們，它們分別是陽極材料原子分別是陽極材料原子中的中的L2和和L3能級上的能級上的6個狀態(tài)不同的電子和個狀態(tài)不同的電子和M能級的電子躍遷到能級的電子躍遷到K層上產(chǎn)生的層上產(chǎn)生的熒光熒光x射線射線效應(yīng)效應(yīng)。這些射線統(tǒng)稱。這些射線統(tǒng)稱XPS衛(wèi)星線衛(wèi)星線。Mg Ka射線的衛(wèi)星峰射線的衛(wèi)

23、星峰XPS光電子線其它伴線光電子線其它伴線Al Ka 、Mg Ka衛(wèi)星峰離主光電子峰的位移和相對強(qiáng)度衛(wèi)星峰離主光電子峰的位移和相對強(qiáng)度射線名稱射線名稱Ka1,2Ka3Ka4Ka5Ka6Kb高動能端位高動能端位移移0eV8.4eV10.2eV17.5eV20.0eV48.5eV相對強(qiáng)度相對強(qiáng)度1009.25.10.80.52.0高動能端位高動能端位移移0eV9.8eV11.8eV20.1eV23.4eV69.7eV相對強(qiáng)度相對強(qiáng)度1007.83.30.420.282.0XPS光電子線光電子線其它伴線其它伴線光電子能量損失譜線是由于光電子在穿過樣品表面時發(fā)生光電子能量損失譜線是由于光電子在穿過樣品

24、表面時發(fā)生非彈性碰撞，能量損失后在譜圖上出現(xiàn)的伴峰非彈性碰撞，能量損失后在譜圖上出現(xiàn)的伴峰特征能量損失的大小與樣品有關(guān)；特征能量損失的大小與樣品有關(guān)；能量損失峰的強(qiáng)度取決能量損失峰的強(qiáng)度取決于：樣品特性、穿過樣品的電子動能于：樣品特性、穿過樣品的電子動能XPS光電子線其它伴線光電子線其它伴線能量損傷線能量損傷線二氧化硅中二氧化硅中O1s的能量損失峰的能量損失峰Al的的2s的能量損失峰的能量損失峰a：清潔表面；：清潔表面；b：氧化表面：氧化表面XPS光電子線其它伴線光電子線其它伴線在光電發(fā)射中，由于內(nèi)殼層形成空位，在光電發(fā)射中，由于內(nèi)殼層形成空位，原子中心電位發(fā)生突原子中心電位發(fā)生突變引起價殼層

25、電子的躍遷變引起價殼層電子的躍遷，出現(xiàn)，出現(xiàn)2結(jié)果：結(jié)果：若價殼層電子躍遷到更高能級的束縛態(tài)稱為若價殼層電子躍遷到更高能級的束縛態(tài)稱為電子的振激電子的振激若價殼層電子躍遷到非束縛的連續(xù)狀態(tài)成了自由電子，則稱為若價殼層電子躍遷到非束縛的連續(xù)狀態(tài)成了自由電子，則稱為電子的電子的振離振離。振激過程XPS光電子線其它伴線光電子線其它伴線、 和和的的結(jié)合能差距不大，結(jié)合能差距不大，鑒鑒別困難別困難。和和沒有沒有2p3/2譜譜線的振激峰；而線的振激峰；而則有。則有。XPS光電子線及伴線XPS光電子線其它伴線光電子線其它伴線XPS中出現(xiàn)的難以解釋的光電子線中出現(xiàn)的難以解釋的光電子線來源來源：陽極材料不純，有

26、部分陽極材料不純，有部分x射線來自雜質(zhì)微量射線來自雜質(zhì)微量元素；元素；窗口出來窗口出來-鋁箔鋁箔XPS：定性分析方法：定性分析方法首先標(biāo)識那些總是出現(xiàn)的譜線，首先標(biāo)識那些總是出現(xiàn)的譜線，e.g. C1s, CKLL, O1s, OKLL, O2s, x射線衛(wèi)星峰和能量損失線；射線衛(wèi)星峰和能量損失線；根據(jù)結(jié)合能數(shù)值標(biāo)識譜圖中最強(qiáng)的、代表樣品中主體根據(jù)結(jié)合能數(shù)值標(biāo)識譜圖中最強(qiáng)的、代表樣品中主體元素的強(qiáng)光電子線，并且與元素內(nèi)層電子結(jié)合能的標(biāo)元素的強(qiáng)光電子線，并且與元素內(nèi)層電子結(jié)合能的標(biāo)準(zhǔn)值仔細(xì)核對，并找出與此匹配的其他弱光電子線和準(zhǔn)值仔細(xì)核對，并找出與此匹配的其他弱光電子線和俄歇線群；俄歇線群；最后

27、標(biāo)出余下較弱的譜線，標(biāo)識方法同上，標(biāo)識它們最后標(biāo)出余下較弱的譜線，標(biāo)識方法同上，標(biāo)識它們應(yīng)想到可能來自微量元素或雜質(zhì)元素的信號，也可能應(yīng)想到可能來自微量元素或雜質(zhì)元素的信號，也可能來自強(qiáng)的來自強(qiáng)的Kb x射線等衛(wèi)星峰的干擾；射線等衛(wèi)星峰的干擾；對那些反復(fù)核對但沒有歸屬的譜線，可能是鬼線；對那些反復(fù)核對但沒有歸屬的譜線，可能是鬼線；XPS：定量分析方法：定量分析方法1將譜線將譜線強(qiáng)度信號強(qiáng)度信號元素含量元素含量，即將，即將峰的面積峰的面積相應(yīng)相應(yīng)元素的濃度元素的濃度。直接用光電子的強(qiáng)度進(jìn)行定量分析，誤差大，直接用光電子的強(qiáng)度進(jìn)行定量分析，誤差大，不同殼層的光電子截面不不同殼層的光電子截面不同，光

28、電離的幾率不同。同，光電離的幾率不同。元素靈敏度因子法元素靈敏度因子法半經(jīng)驗半經(jīng)驗對單相、均一、無限厚的固體表面，從光電發(fā)射物理過程，可導(dǎo)出譜對單相、均一、無限厚的固體表面，從光電發(fā)射物理過程，可導(dǎo)出譜線強(qiáng)度公式：線強(qiáng)度公式：fo:x射線強(qiáng)度（光子數(shù)射線強(qiáng)度（光子數(shù)/cm2s）r :被測元素原子密度（原子數(shù)被測元素原子密度（原子數(shù)/cm3）Q:待測譜線對應(yīng)的軌道光電離截面（待測譜線對應(yīng)的軌道光電離截面（cm2）A0:被測試樣有效面積（被測試樣有效面積（cm2）le :試樣的電子逃逸深度（試樣的電子逃逸深度（cm）F:考慮入射和出射電子間夾角變化影響的校正因子考慮入射和出射電子間夾角變化影響的校

29、正因子y:形成特定能量光電過程效率形成特定能量光電過程效率D:能量分析器對發(fā)射電子的檢測效率能量分析器對發(fā)射電子的檢測效率yDQAfIe00XPS：定量分析方法：定量分析方法2S元素靈敏度因子元素靈敏度因子對對2個元素有：個元素有：Q、le 、y、D等對不同試樣有相同的變化規(guī)律，即等對不同試樣有相同的變化規(guī)律，即S1/S2不變；不變；S值值與材料基體性質(zhì)無關(guān)，一般以氟與材料基體性質(zhì)無關(guān)，一般以氟F1s軌道光電子譜線的靈敏度因軌道光電子譜線的靈敏度因子為子為1。某元素所占原子分?jǐn)?shù)為：某元素所占原子分?jǐn)?shù)為：元素靈敏度因子法因受多因素影響，不可能很準(zhǔn)確元素靈敏度因子法因受多因素影響，不可能很準(zhǔn)確yD

30、QAfSSIyDQAfIee0000/)/()/()/(221121SISI)/()/()(iixxixxSISICXPS：定量分析方法：定量分析方法3譜線強(qiáng)度的確定譜線強(qiáng)度的確定幾何作圖法：幾何作圖法：稱重法：沿譜線稱重法：沿譜線ACEDBFA剪下，稱重剪下，稱重（紙均勻）（紙均勻）機(jī)械積分法：機(jī)械積分法：電子計算機(jī)擬合電子計算機(jī)擬合半峰寬峰面積峰高XPS：定量分析方法：定量分析方法4XPS：定量分析方法：定量分析方法5CoNiAl多層磁多層磁帶材料帶材料耗時耗時36h應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域可提供的信息可提供的信息氧化腐蝕氧化腐蝕元素的定性；腐蝕產(chǎn)物的化學(xué)態(tài)，腐蝕過程中表面或體內(nèi)元素的定性；腐蝕產(chǎn)物的化學(xué)態(tài)，腐蝕過程中表面或體內(nèi)（深度剖析）的化學(xué)成分變化。（深度剖析）的化學(xué)成分變化。冶金學(xué)冶金學(xué)元素的定性；合金成分分析。元素的定性；合金成分分析。摩擦學(xué)摩擦學(xué)表面產(chǎn)物的化學(xué)態(tài)；潤滑劑的效應(yīng)；表面涂層研究。表面產(chǎn)物的化學(xué)態(tài)；潤滑劑的效應(yīng)；表面涂層研究。催化催化中間產(chǎn)物鑒定；活性物質(zhì)的氧化態(tài)；催化劑和支撐材料在中間產(chǎn)物鑒定；活性物質(zhì)的氧化態(tài)；催化劑和支撐材料在反應(yīng)時的變化。反應(yīng)時的變化。薄膜與粘合薄膜與粘合薄膜純度及厚度測量；膜薄膜純度及厚度測量；膜/ /基結(jié)合的細(xì)節(jié)；粘合時的化學(xué)變基結(jié)合的細(xì)節(jié)；粘合