X射线光电子能谱数据处理及分峰步骤
20111129-XPS课程-数据处理及分峰步骤
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C 1s分峰拟合-step 5-2
• 对激活的峰进行设置 ¾ 选择Peak Type （对应s,p,d,f轨道） ¾ 输入S.O.S（spin orbit splitting，p,d,f轨道） ¾ 输入Positon（根据鼠标确定位置） ¾ 输入FWHM (full width at half maximum)半高峰宽
检测的谱图采用相同的洛伦兹-高斯函数比
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C 1s分峰拟合-step 6
• 选好所需拟合的峰 个数及大致参数 后，点Optimise All 进行拟合
• 观察拟合后总峰与 原始峰的重合情 况，如不好，可以 多次点进行优化
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C 1s分峰拟合-step 7
• 参数查看 • 分别点选每一个小
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C 1s分峰拟合-step 9
• 删除空白行的dat数据导入Origin
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分峰拟合举例1-O 1s
• 样品：导电，不需荷电校正 • 2个结果：刻蚀30s，再刻蚀4min • pdf格式图谱：suwt-A-O 1s-pe 80-et-30s
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C 1s分峰拟合-step 4-2
• Shirley＋Linear：一般默认 ¾0表示只有shirley计算背底，
¾正值表示高结合能端直线比例较高，适用于 谱图在高结合能端背底能量较强，
¾负值相反，适用于谱图高结合能端背底能量 较弱
¾Optimise用于当shirley背底某些点高于信号强 度，程序会自动增加slope值直到shirley背底低 于信号强度
X射线光电子能谱分析方法及原理(XPS)
半导体工业
晶体缺陷分析、界面性质研究 等。
环境科学
大气污染物分析、土壤污染研 究等。
X射线光电子能谱分析的优缺点
1 优点
提供元素化学状态信息、非破坏性分析、高表面敏感性。
2 ห้องสมุดไป่ตู้点
样品需真空处理、分析深度有限、昂贵的设备和维护成本。
总结和展望
X射线光电子能谱分析是研究材料表面的有力工具。未来，随着仪器和技术的 不断进步，XPS将在更多领域发挥重要作用。
X射线光电子能谱分析方 法及原理(XPS)
X射线光电子能谱分析(XPS)是一种表面分析技术，通过测量材料的X射线光 电子能谱来研究材料的电子结构和化学组成。
X射线光电子能谱分析的基本 原理
XPS基于光电效应，探测材料与X射线相互作用所放出的光电子。通过测量光 电子能量和强度，可以推断材料表面元素的化学态。
X射线光电子能谱分析的仪器和实验设备
XPS仪器
包含X射线源、光电子能谱仪 和数据处理系统。
电子枪
产生高能电子束，用于激发材 料表面。
光电子能谱仪
测量光电子的能量和角度，用 于分析材料的电子结构。
X射线光电子能谱分析的样品准备方法
1 表面清洗
去除杂质和氧化层，以确保准确测量。
2 真空处理
在超高真空条件下进行实验，避免气体影响。
3 固定样品
使用样品架或夹具将样品固定在仪器中。
X射线光电子能谱分析的数据处理和解 析方法
峰面积计算
根据光电子峰的面积计算元素含量。
能级分析
通过分析光电子的能级分布，推断材料的化学状态。
谱峰拟合
将实验谱峰与已知标准进行拟合，确定元素的化学态和含量。
X射线光电子能谱分析的应用领域
X射线光电子能谱(XPS)数据处理方法
优点及特点
固体样品用量小，不需要进行样品前处理，避免了引入 或丢失元素所造成的错误分析 表面灵敏度高，一般信息深度10nm 分析速度快，可多元素同时测定
给出原子序数3-92的元素信息，以获得元素成分分析
给出元素化学态信息，进而分析出元素的化学态或官能团 样品不受导体、半导体、绝缘体的限制等 是非破坏性分析方法。结合离子溅射，可作深度剖析
能谱图
C 1s
40000
Intensity(cps)
20000
N 1s O 1s
0 -200 0 200 400 600 800 1000 1200
Binding Energy(eV)
分峰拟合
生成text: 选择要进行拟合的数据点，copy至txt文本中， 即ABC三列数据(其中B列为空的,只包含两列数据)
分峰拟合
拟合：Optimise All
数据输出：Data中的Export（spetrum），存为.dat格式的ASCII文件
X射线光电子能谱（XPS）
XPS
XPS是一种基于光电效应的电子能谱，也叫做化学分析电子能谱（ESCA）。
基本构造
样品 光电子 能量 分析器
探测器 X射线源 AlK或MgK 数据处理 系统
基本原理
爱因斯坦光电定律: Ek = h－Eb－
用途
元素的定性分析。
根据能谱图中出现的特征谱线的位置鉴定除H、He以外的所有元素。
元素半定量分析。
根据光电子谱线强度（光电子峰的面积）反应原子的含量或相对浓度 。
固体表面分析。
包括表面的化学组成或元素组成，原子价态，表面能态分布，测定表面 电子的电子云分布和能级结构等 。
xps分峰原则
xps分峰原则导言：1. 什么是XPS？X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy，简称XPS）是一种表面分析技术，它通过测量物质中光电子的能量和强度，分析材料的化学成分、电子态和化学键状况等信息。
2. 什么是XPS分峰？在XPS谱中，光电子的能量被划分为多个峰，每个峰代表一种特定的化学元素或电子态，通过分析这些峰的位置和形状，可以确定材料中的化学成分、组成和性质。
主体：3. XPS分峰原则的基本步骤a. 能量校正：根据电子能级和光源能量的关系，进行能量校正以提高峰的准确性和可靠性。
b. 能量与强度分析：通过分析光电子峰的位置和峰强度，可以确定样品中不同元素的相对含量和化学键的状态。
c. 峰形分析：通过分析峰的形状，可以揭示样品中的化学键态和电子态的信息。
d. 化学状态分析：通过对已知化学键态的标准样品进行比对，可以确定样品中各种元素的化学状态和化学键的形成。
4. XPS分峰原则的重要参数a. 峰位置：峰的能量位置可以表示化学元素的存在，并提供了定性和定量分析的依据。
b. 峰强度：峰的强度和峰面积可以反映样品中元素的相对含量，通过峰强度的比较可以进行定量分析。
c. 峰宽：峰的宽度反映了样品中化学键的状态和电子态的分布情况，宽峰可能表示存在多种化学键状态。
d. 峰形：峰的形状提供了样品中化学键态和电子态的信息，可以进行分子结构和表面特性的定性分析。
5. XPS分峰原则的应用领域a. 表面化学分析：XPS可以定性和定量地分析材料的表面成分和化学键的状态，广泛应用于材料科学、化学和表面科学研究领域。
b. 杂质检测：XPS可以检测材料中微量杂质的存在，并追踪其来源和影响，对于材料的纯度和稳定性评估具有重要意义。
c. 薄膜分析：XPS可以对薄膜的表面和界面进行分析，研究薄膜的成分、结构和性能。
d. 生物医学研究：XPS可以对生物样品的化学组成和表面特性进行分析，对于生物医学领域的研究具有重要意义。
X射线光电子能谱分析
X射线光电子能谱分析X射线光电子能谱分析（X-ray photoelectron spectroscopy，简称XPS）是一种用来表征材料表面元素化学状态和电子能级分布的表征技术。
它利用X射线照射材料表面，测量和分析材料表面光电子的能谱，通过分析能谱图可以得到有关材料的化学组成、表面化学键的种类和键长、元素的电子与核心电子之间的相互作用等信息。
本文将对X射线光电子能谱分析技术的原理、仪器设备及应用领域进行详细介绍。
X射线光电子能谱分析的原理可以用以下几个步骤来概括：首先，用X射线照射材料表面，激发材料表面的原子和分子。
然后，从激发的原子和分子中发射出光电子。
这些光电子的能量与产生它们的原子或分子的能级差有关。
最后，测量和分析这些光电子的能谱，从而得到材料表面的化学组成和电子能级分布信息。
为了进行X射线光电子能谱分析，需要使用专门的仪器设备，包括X射线源、能量分辨光电子能谱仪和电子能谱仪。
X射线源通常使用非常亮的单晶或多晶X射线管。
光电子能谱仪用来测量光电子的能谱，并将所获得的信号转化为能谱图。
电子能谱仪则用来检测、放大和记录电子能谱图。
X射线光电子能谱分析可以在多个领域应用，具有广泛的研究意义和实际应用价值。
在材料科学领域，它可以用来表征材料表面的成分和化学状态，研究材料的性质和行为；在表面科学领域，它可以研究表面的形貌和变化，探索表面的特性和反应；在催化剂和材料化学领域，它可以分析催化剂的表面状态和反应过程；在电子器件和光学器件领域，它可以研究界面和界面化学反应的机理等。
总结起来，X射线光电子能谱分析是一种非常重要的表征技术，可以提供关于材料表面的成分、化学状态和电子能级分布等信息。
通过XPS技术，可以探索材料的性质、表面的形貌以及材料的化学反应机理等，对于材料科学、表面科学、催化剂和电子光学器件等领域的研究和应用具有重要意义。
X射线光电子能谱（XPS）谱图分析
X射线光电⼦能谱（XPS）谱图分析⼀、X光电⼦能谱分析的基本原理X光电⼦能谱分析的基本原理：⼀定能量的X光照射到样品表⾯，和待测物质发⽣作⽤，可以使待测物质原⼦中的电⼦脱离原⼦成为⾃由电⼦。
该过程可⽤下式表⽰：hn=Ek+Eb+Er （1）其中:hn：X光⼦的能量；Ek：光电⼦的能量；Eb：电⼦的结合能；Er：原⼦的反冲能量。
其中Er很⼩，可以忽略。
对于固体样品，计算结合能的参考点不是选真空中的静⽌电⼦，⽽是选⽤费⽶能级，由内层电⼦跃迁到费⽶能级消耗的能量为结合能Eb，由费⽶能级进⼊真空成为⾃由电⼦所需的能量为功函数Φ，剩余的能量成为⾃由电⼦的动能Ek，式(1)⼜可表⽰为：hn=Ek+Eb+Φ（2） Eb=hn-Ek-Φ（3）仪器材料的功函数Φ是⼀个定值，约为 4 eV，⼊射X光⼦能量已知，这样，如果测出电⼦的动能Ek，便可得到固体样品电⼦的结合能。
各种原⼦，分⼦的轨道电⼦结合能是⼀定的。
因此，通过对样品产⽣的光⼦能量的测定，就可以了解样品中元素的组成。
元素所处的化学环境不同，其结合能会有微⼩的差别，这种由化学环境不同引起的结合能的微⼩差别叫化学位移，由化学位移的⼤⼩可以确定元素所处的状态。
例如某元素失去电⼦成为离⼦后，其结合能会增加，如果得到电⼦成为负离⼦，则结合能会降低。
因此，利⽤化学位移值可以分析元素的化合价和存在形式。
⼆、电⼦能谱法的特点(1)可以分析除H和He以外的所有元素；可以直接测定来⾃样品单个能级光电发射电⼦的能量分布，且直接得到电⼦能级结构的信息。
(2)从能量范围看，如果把红外光谱提供的信息称之为“分⼦指纹”，那么电⼦能谱提供的信息可称作“原⼦指纹”。
它提供有关化学键⽅⾯的信息，即直接测量价层电⼦及内层电⼦轨道能级。
⽽相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，相互⼲扰少，元素定性的标识性强。
(3)是⼀种⽆损分析。
(4)是⼀种⾼灵敏超微量表⾯分析技术，分析所需试样约10-8g即可，绝对灵敏度⾼达10-18g，样品分析深度约2nm。
XPS分峰的分析实例
材料Ｘ射线光电子能谱数据处理及分峰的分析实例例：将剂量为1 107ions/cm2，能量为45KeV的碳离子注入单晶硅中，然后在1100C退火2h进行热处理。
对单晶硅试样进行XPS测试，试对其中的C1s高分辨扫瞄谱进行解析，以确定各种可能存在的官能团。
分析过程：1、在Origin中处理数据图1将实验数据用记事本打开，其中C1s表示的是C1s电子，299.4885表示起始结合能，-0.2500表示结合能递减步长，81表示数据个数。
从15842开始表示是光电子强度。
从15842以下数据选中Copy到Excel软件B列中，为光电子强度数据列。
同时将299.4885Copy到Excel软件A列中，并按照步长及个数生成结合能数据，见图2图2将生成的数据导入Origin软件中，见图3。
图3此时以结合能作为横坐标，光电子强度作为纵坐标，绘出C1s谱图，检查谱图是否有尖峰，如果有，那是脉冲，应把它们去掉，方法为点Origin 软件中的Data-Move Data Points，然后按键盘上的↓或↑箭头去除脉冲。
本例中的实验数据没有脉冲，无需进行此项工作。
将column A和B中的值复制到一空的记事本文档中（即成两列的格式，左边为结合能，右边为峰强），并存盘，见图4。
图42、打开XPS Peak，引入数据：点Data--Import (ASCII)，引入所存数据，则出现相应的XPS谱图，见图5、图63、选择本底：点Background，因软件问题，High BE和Low BE的位置最好不改，否则无法再回到Origin，此时本底将连接这两点，Type可据实际情况选择，一般选择Shirley 类型，见图7。
图74、加峰：点Add peak，出现小框，在Peak Type处选择s、p、d、f等峰类型（一般选s），在Position处选择希望的峰位，需固定时则点fix前小方框，同法还可选半峰宽（FWHM）、峰面积等。
各项中的constraints可用来固定此峰与另一峰的关系。
xps分峰处理
xps分峰处理
摘要：
1.什么是XPS分峰处理
2.XPS分峰处理的作用
3.XPS分峰处理的方法
4.XPS分峰处理的实例
5.XPS分峰处理的结果及分析
正文：
XPS（X-ray Photoelectron Spectroscopy，X射线光电子能谱）是一种表征材料表面化学组成和电子状态的分析技术。
在XPS分析中，通常会涉及到分峰处理，以便获取更多关于材料表面信息。
那么，什么是XPS分峰处理呢？
XPS分峰处理是指在XPS谱图中，将高能电子束入射到材料表面时所发生的俄歇电子、光电子和二次电子等信息进行分离和识别的过程。
这个过程可以帮助我们了解材料的化学组成、键结构、氧化态等表面特性。
因此，XPS分峰处理在材料研究、表面分析等领域具有重要作用。
XPS分峰处理的方法主要有以下几种：
1.能量过滤：通过设置不同能量范围，将不同类型的电子信号分开。
2.角度过滤：利用电子在材料表面的反弹特性，通过设置不同入射角度，实现电子信号的分离。
3.结合能量和角度过滤：综合运用能量和角度过滤方法，进一步提高分峰效果。
下面，我们通过一个实例来说明XPS分峰处理的具体应用。
在某次实验中，我们使用XPS对一种新型材料的表面进行了分析。
首先，对该材料的XPS谱图进行分峰处理，得到不同能量范围内的光电子峰、俄歇电子峰和二次电子峰。
然后，根据这些峰的形状、位置和强度等信息，我们可以推断出该材料的化学组成、键结构和氧化态等表面特性。
通过XPS分峰处理，我们可以得到更加详细的材料表面信息，从而为材料的研究和应用提供有力支持。
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4、加峰：
点Add peak，出现小框，在Peak Type处选择s、p、d 、f等峰类型（一般选s），在Position处选择希望的峰位， 需固定时则点fix前小方框，同法还可选半峰宽（FWHM） 、峰面积等。各项中的constraints可用来固定此峰与另一 峰的关系，如Pt4f7/2和Pt4f5/2的峰位间距可固定为3.45，峰 面积比可固定为4:3等。点Delete peak可去掉此峰。然后 再点Add peak选第二个峰，如此重复。
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2、阅读一切好书如同和过去最杰出的 人谈话 。18:2 0:2518: 20:2518 :203/2 2/2022 6:20:25 PM
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3、越是没有本领的就越加自命不凡。 22.3.22 18:20:2 518:20 Mar-22 22-Mar-22
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4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的 错儿。 18:20:2 518:20: 2518:2 0Tuesday, March 22, 2022
点Data――Export （spectrum），则将拟合好的数据存盘 ，然后在Origin中从多列数据栏打开，则可得多列数据，并 在Origin中作出拟合后的图。
将拟合好的数据重新引回到Origin:
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1、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。22.3. 2222.3. 22Tues day, March 22, 2022
1
Counts pulse counting
0.1 6 0 0 0 0 0 401 2202.52 4127.08 2458.36 2559.72 2523.56 2553.48 2509.8
6、X轴：点A(X)，再点右键，然后点set column values，出 现一个对话框，在from中填1，在to中填401(通道数)，在 col(A)中填BE始-0.05*(i-1)， 或直接填1486.6-KE始- 0.05*(i-1)，最后点do it。
7、点Save XPS存图，下回要打开时点Open XPS就 可以打开这副图继续进行处理。
8、数据输出： 点Data――Print with peak parameters可打印带各峰参数 的谱图，通过峰面积可计算此元素在不同峰位的化学态的 含量比。
点Data――Export to clipboard，则将图和数据都复制到了 剪贴板上，打开文档（如Word文档），点粘贴，就把图和 数据粘贴过去了。
2、打开XPS Peak，引入数据：点Data----Import (ASCII)，引入所存数据，则出现相应的XPS谱图。
3、选择本底：点Background，因软件问题， High BE和Low BE的位置最好不改，否则无法再回到 Origin，此时本底将连接这两点，Type可据实际
情况选择，一般选择Shirley 类型。
5、拟合：选好所需拟合的峰个数及大致参数后，点 Optimise region进行拟合，观察拟合后总峰与原始峰 的重合情况，如不好，可以多次点Optimise region。
6、参数查看：拟合完成后，分别点另一个窗口中的 Rigion Peaks下方的0、1、2等可看每个峰的参数， 此时XPS峰中变红的为被选中的峰。如对拟合结果不 region满意，可改变这些峰的参数，然后再点 Optimise。
7、此时即可以作出N1s谱图。 8、画出来的图有可能有一些尖峰，那是脉冲，应把它们去
掉，方法为点Data-Move Data Points，然后按键盘上的 或 箭头去除脉冲。
二、分峰步骤
1、将所拷贝数据转换成TXT格式：把所需拟合元素 的数据引入Origin后，将column A和B中的值复制 到一空的记事本文档中（即成两列的格式，左边 为结合能，右边为峰强），并存盘。如要对数据 进行去脉冲处理或截取其中一部分数据，需在 Origin中做好处理。
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5、知人者智，自知者明。胜人者有力 ，自胜 者强。 22.3.22 22.3.22 18:20:2 518:20: 25Mar ch 22, 2022
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6、意志坚强的人能把世界放在手中像 泥块一 样任意 揉捏。 2022年 3月22 日星期 二下午6 时20分 25秒18 :20:252 2.3.22
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7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我 。。20 22年3 月下午6 时20分 22.3.22 18:20 March 22, 2022
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8、业余生活要有意义，不要越轨。20 22年3 月22日 星期二6 时20分 25秒18 :20:252 2 March 2022
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9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自 强不息 。下午 6时20 分25秒 下午6时 20分18 :20:252 2.3.22
Ｘ射线光电子能谱 数据处理及分峰步骤
2005.10.21
Region 1
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、继续向下找到Kinetic 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=1486.6-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。
2004 5 30 12 48 10
255 0
XPS Al K-alpha
1486.6 0 0 0 0 0
FAT 30 1E+37 4.453 0 0 0 0 0 N1s N1s -1 Kinetic Energy eV 1072.6 0.05 1
3、再下面一个数据是步长值，如0.05或0.1或1， 每张谱图间有可能不一样。
4、继续向下,可以找到401或801这样的数，该数 为通道数，即有401或801个数据点。
5、再下面的数据开始两个数据是脉冲，把它们舍 去，接下来的401或801个数据都是Y轴数据， 将它们copy到B(Y)。
N1s N1s -1 Kinetic Energy eV 1072.6 0.05