XPS和AES 联合分析应用(终稿)
材料分析方法第十二讲 X射线光电子谱(XPS)和俄歇电子能谱(AES)
Auger Electron spectroscopy
1
AES Auger效应
❖ 1925年P.Auger已经在Welson云室内观察 到Auger电子径迹，并正确地解释了这种 电子的来源。
❖尽管当时人们已经认识到它可以成为一种 成分分析的手段，但直到六十年代中期， 随着金属的超高真空系统和高效的微弱信 号电子检测系统的发展，才出现了可以用 于表面分析的实用Auger电子能谱仪。
❖Auger过程
(a) KL1L3 Auger 跃迁 (b) K1 辐射跃迁
5
AES Auger效应
❖Auger过程
Ejected core level electron
EV
Auger electron emission
EV
Incident Beam
Core levels
Electron fills core level hole
22
AES Auger电子的能量和产额
❖平均自由程和平均逸出深度
设有N个电子，在固体中前进dz，有dN个经受 了非弹性散射而损失了能量，则
dN 1 Ndz
所以有N=Noexp(z/)，即为平均自由程。
23
AES Auger电子的能量和产额
❖平均自由程和平均逸出深度
D.R.Penn基于介电理论给出了一个平均自由程 的计算公式：
其中E以费密能级为零点，单位为eV。a是单原子层厚 度，单位是nm。的单位是单层数，第三式的单位
是mg/m2。
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AES Auger电子的能量和产额
❖背散射因子
初 级 电 子 经 过 初 次 背 散 射 后 ， 对 Auger 电 子产额仍能有贡献，使Auger产额增加到1+r倍， 则r称为“背散射增强因子”。
XPS AES XRF基本原理和应用
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 （10.3）式中: 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(103)又可表示为：hn=Ek+Eb+Φ（10.4）Eb= hn- Ek-Φ（10.5）仪器材料的功函数Φ是一个定值，约为4eV，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。
阿X光电子能谱法是一种表面分析方法，提供的是样品表面的元素含量与形态，而不是样品整体的成分。
其信息深度约为3-5nm。
如果利用离子作为剥离手段，利用XPS作为分析方法，则可以实现对样品的深度分析。
固体样品中除氢、氦之外的所有元素都可以进行XPS分析。
XPS的应用XPS主要应用是测定电子的结合能来实现对表面元素的定性分析。
图10.12是高纯铝基片上沉积Ti(CN)x薄膜的XPS谱图。
所用X射线源为MgKα，谱图中的每个峰表示被X射线激发出来的光电子，根据光电子能量。
可以标识出是从哪个元素的哪个轨道激发出来的电子，如Al的2s、2p等。
电子能谱分析XPS和AES
清华大学化学系表面与材料研究组
化学价态分析
金属碳化物 280.8 eV
有机碳 285.0 eV
计数 / 任意单位
60 min 40 min 20 min
Surface
在PZT薄膜表面，C 1s的结 合能为285.0 eV和 281.5eV，分别对应于有机 碳和金属碳化物。有机碳是 主要成分，可能是由表面污 染所产生的。随着溅射深度 的增加，有机碳的信号减 弱，而金属碳化物的峰增 强。这结果说明在PZT薄膜 内部的碳主要以金属碳化物 存在。
3
清华大学化学系表面与材料研究组
XPS原理－光电离
�
�
X射线光电子能谱基于光 电离作用，当一束光子辐 照到样品表面时，光子可 以被样品中某一元素的原 子轨道上的电子所吸收， 使得该电子脱离原子核的 束缚，以一定的动能从原 子内部发射出来，变成自 由的光电子。 能级图和轨道示意图
清华大学化学系表面与材料研究组
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清华大学化学系表面与材料研究组
样品制备
� �
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对于含有挥发性物质的样品，在样品进入 真空系统前必须清除掉挥发性物质。一般 可以通过对样品加热或用溶剂清洗等方 法。 如有机溶剂，水汽等。 可以在烘箱中常时间烘干或红外灯烤，但 要注意不使样品发生分解或其他化学变 化。
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清华大学化学系表面与材料研究组
8
清华大学化学系表面与材料研究组
样品制备
�
由于在实验过程中样品必须通过传递杆，穿过超 高真空隔离阀，送进样品分析室。因此，样品的 尺寸必须符合一定的大小规范，以利于真空进 样。对于块状样品和薄膜样品，其长宽最好小于 10m m , 高度小于5 m m 。对于体积较大的样品 则必须通过适当方法制备成合适大小的样品。但 在制备过程中，必须考虑处理过程可能对表面成 分和状态的影响。
电子能谱分析XPS和AES
电子能谱分析XPS和AES电子能谱分析（Electronic Spectroscopy）是一种用来研究材料表面的化学成分和电子结构的技术。
常用的电子能谱分析方法有X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS）和反射能量损失光谱（Auger Electron Spectroscopy, AES）。
X射线光电子能谱（XPS）是一种通过照射样品表面并测量逸出电子能量来获取有关材料表面成分和电子状态的信息的分析技术。
XPS的原理基于光电效应，即被照射的样品会产生光电子，这些光电子的能量和数量与样品的化学成分和电子状态有关。
通过分析逸出电子的能谱，可以得到材料的化学成分、元素的氧化态和电子能级等信息。
XPS的实验装置主要由以下几个部分组成：X射线源、能谱分析器、逸出电子探测器和数据处理系统。
首先，样品被置于真空室中，并由X射线源产生的X射线照射。
X射线会使样品表面的原子或分子发生光电效应，逸出的光电子经过能谱分析器的光学元件进行能量分析。
最后，逸出电子被探测器捕获，并由数据处理系统进行分析和展示。
XPS的主要应用领域包括材料科学、表面化学和界面物理等。
通过XPS，可以定量确定样品表面的化学成分，并且可以分析不同化学状态的元素。
此外，XPS还可以提供有关样品表面化学反应和电子能带结构等信息。
XPS广泛应用于材料研究、催化剂表征、薄膜和界面研究等领域。
反射能量损失光谱（Auger Electron Spectroscopy, AES）是另一种常用的电子能谱分析方法。
AES是一种利用样品表面产生的俄歇电子进行表征的技术。
与XPS类似，AES也是一种通过照射样品表面并测量逸出电子能谱来获取有关材料表面成分和电子结构的信息。
AES的原理基于俄歇电子效应，即当X射线或电子束照射在样品表面时，被照射的原子会发生电离，产生一个空位。
然后，另一个外层电子会填补进空位，并释放出一个能量等于原位电子之间跃迁能量差的电子，称为俄歇电子。
05-光电子能谱分析XPS和俄歇电子能谱AES-
Al元素由于所处化学环境不 同，其2P电子的结合能不同
23
（2）屏蔽效应引起化学位移
屏蔽效应定义：原子的内层电子同时受到原子核的电 场引力和外层电子的斥力作用，外层电子对内层电子 的斥力作用抵消了一部分核电荷，从而削弱了核电荷 对该内层电子的吸引力，这种斥力作用称为屏蔽效应。
当外层电子云密度减少时，屏蔽作用将减弱，内层电 子的结合能增加；反之则结合能将减少。
7
每一壳层的电子轨道又可分为几个亚层
n
1K 2L 3M 4N
1S 2S 2P
3S 3P 3d 4S 4P 4d 4f
➢ 壳层K、L、M、N对应主量子数n=1、2、3、4……
➢ 每一主壳层内，电子分居不同的亚层 亚层s、p、d、f……，分别对应角量子数l=0、1、2、3…… 每个亚层最多能容纳的电子数：s—2个电子；p—6个电子； d—10个电子；f—14个电子
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相关知识回顾
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相关知识回顾
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h Eb 样 Ek
样
φ设备
h Eb 设备 Ek'
Eb h -设备 - Ek'
不同元素的原子各层能级上的电子结合能数值不同
表面元 素分析
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2、化学位移
（1）化学位移的定义 同一原子由于所处的化 学环境不同而引起的内 层电子结合能的变化， 在谱图上表现为谱峰的 位移，这一现象称为化 学位移。
→计算Eb，获得计 数率相对于电 子结合能的光 电子能谱。
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（二）光电子能谱图
光电子能谱图： 光电子产额（强度）对 光电子结合能（或动能） 的分布图
光电子能谱谱线（谱峰） 以被激发出电子原来所 在能级命名。
光电子谱线：不同结合能的一系列峰组成的电子 能谱图，即元素的特征谱峰群，每个峰对应于一 个原子能级；在XPS中，很多强的光电子谱线一般 是对称的，并且很窄。
XPS和俄歇电子能谱ppt
xps和俄歇电子能谱
xx年xx月xx日
目录
contents
引言xps技术的基本原理aes技术的基本原理xps和aes技术的应用案例xps和aes技术的前景展望
01
引言
1
xps和aes技术的简介
2
3
XPS（X射线光电子能谱）和AES（俄歇电子能谱）是表面科学中常用的两种技术。
XPS用于测量样品表面的元素组成和化学状态，而AES则用于测量表面不同深度层次上的元素组成和化学状态。
太阳能电池
XPS和AES可以用于分析太阳能电池表面的元素组成和化学状态，以优化太阳能电池的性能。
xps和aes技术在新能源领域的应用
锂离子电池
XPS和AES可以用于分析锂离子电池正负极材料的元素组成、化学状态和界面反应，以优化电池性能和寿命。
燃料电池
XPS和AES可以用于分析燃料电池催化剂的元素组成、化学状态和表面反应，以提高燃料电池的效率和稳定性。
俄歇电子能谱的作用S技术的优点包括：高分辨率、高灵敏度、能够提供元素的化学态和电子态信息等。但是，AES技术也存在一些缺点，例如样品制备复杂、测试成本高、测试时间长等。此外，对于某些元素，如氢、氦等，AES技术的检测限较高。
03
aes技术的基本原理
AES（Auger Electron Spectroscopy）是一种表面分析技术，它通过测量俄歇电子的能量分布来推断样品表面的元素组成和化学状态。俄歇电子是高能电子与样品原子或分子相互作用后，从样品中发射出的次级电子。AES技术利用能量分析器测量俄歇电子的能量分布，以获得样品的化学信息。
xps技术在材料表面分析中的应用
03
表面掺杂
AES可以用于改变材料表面的元素组成，如掺杂金属或非金属元素，以改变材料的性质。
第十一章 俄歇电子能谱分析(AES)和X-射线光电子能谱分析(XPS)
电镜几十万倍下观察，未见晶界处任何沉淀析出。故一直未能找到直 接证据，直到使用俄歇能谱仪。
断口表层
距断口表层4.5nm深度处
（采用氩离子喷溅技术逐层剥离）
KL1L1
L1M1M1
L2, 3VV
（《材料物理现代研究方法》P183图7-1）
（3）俄歇过程和俄歇电子能量
WXY跃迁产生的俄歇电 子的动能可近似地用 经验公式估算，即：
俄歇电子
EW XY EW E X EY
WXY俄歇过程示意图
（3）俄歇电子的能量
原则上，俄歇电子动能由原子核外电子跃迁前后的原子系统总能量的 差别算出。常用的一个经验公式为：
•1969年，Palmberg、Bohn和Tracey引进了筒镜能量分析器， 提高了灵敏度和分析速度，使俄歇电子能谱被广泛应用。
俄歇电子能谱的基本机理是：入射电子束或X射线 使原子内层能级电子电离，外层电子产生无辐射俄 歇跃迁，发射俄歇电子，用电子能谱仪在真空中对 它们进行探测。
基本原理
(1)俄歇电子的产生
氧化锰 锰
锰和氧化锰的俄歇电子谱
2）当俄歇跃迁涉及到价电 子能带时，情况就复杂了， 这时俄歇电子位移和原子 的化学环境就不存在简单 的关系，不仅峰的位置会 变化，而且峰的形状也会 变化。
Mo2C、SiC、石墨和金刚石中
碳的 KLL（KVV或）俄歇谱
3)能量损失机理导致的变化将改变俄歇峰 低能侧的拖尾峰。
化学位移效应
化学环境的强烈影响常常导致俄歇谱有如下三种可能的 变化：(称为化学效应)
XPS和AES研究镍表面有机防变色膜_韩克平
第9卷第2期 1997年4月 腐蚀科学与防护技术C ORROSION SCIENCE AND PROTECTION TEC HNOLOGY V ol.9N o.2Apr.1997XPS和AES研究镍表面有机防变色膜韩克平 刘琴 方景礼(南京大学化学系应用化学研究所南京210093)摘 要 月桂酸钝化处理镀镍层的最佳条件为:月桂酸2g/L,p H8,70℃,1min.X PS和A ES分析结果表明,月桂酸防变色膜的元素组成(A.C.%)为:C74.0,O17.3,Ni8.7.关键词 防变色膜,镍表面,月桂酸,X PS,AES学科分类号 T Q153.2为防止镀Ni层在潮湿空气或含H2S的工业气氛中腐蚀变色,需要对其进行钝化处理.通常采用铬酸盐钝化[1],但钝化效果并不理想,并且六价铬离子的污染和废水处理问题限制了它的应用.我们曾探讨了有机防变色剂对Ag[2]、Cu和Sn表面的防变色处理方法及机理.本文主要研究月桂酸对镀Ni层的防变色效果以及Ni表面防变色膜的组成.1实验方法2cm×5cm×0.1cm的A3钢试片经砂纸打磨,M gO粉擦试,稀酸浸蚀后,镀Ni.然后用蒸馏水洗净,再浸入浓度为2g/L的月桂酸溶液中,在pH7～10,温度50～80℃,时间5～120s的不同条件下钝化处理.取出后用蒸馏水洗净、吹干.将钝化后的镀镍片分别置入10%NaCl水溶液和1%H2S气氛中,观察其表面变色情况.采用Perkin-Elmer PHI550型ESCA/SAM多功能电子能谱仪进行表面膜层分析.Mg KαX-射线(1252.6eV)作为激发源,靶电压为1kV,电流30m A.XPS全扫描谱的通能为1000eV,分析室气压为10-7Pa.AES 测定时电子束压为3kV,束流10μA,Ar+束压和束流分别为4kV和15m A,溅射面积为5 m m×5mm,在此条件下用100nm的Ta2O5标准膜测得刻蚀速率为5nm/min,结合能用C1s (284.8eV)进行标定,误差±0.1eV.2结果与讨论2.1各种防镍变色剂防变色效果比较腐蚀实验结果表明,各种防变包剂防变色性能由高到低顺序为:盐水浸泡实验:月桂酸>月桂胺>1-苯基-5-巯基四氮唑(PM TA)≈硬脂酸>癸酸≈苯骈三氮唑(B TA)>乙二胺四甲叉膦酸(EDTM P).H2S腐蚀实验:月桂酸>月桂胺>PM TA>硬脂酸≈癸酸>BTA>EDTM P. 收到初稿:1996-04-10,收到修改稿:1996-10-30尽管两种腐蚀试验结果存在微小的差别,但可以肯定的是月桂酸对Ni 的防变色效果最好,月桂胺其次.2.2钝化条件对防镍变色效果的影响通过测定钝化液pH 值、钝化温度和时间对防变色效果的影响,获得最佳防变色效果的条件为:pH =8,70℃,1min.2.3月桂酸防变色膜的XPS 和AES 分析图1为Ar +溅射前后膜层的XPS 全扫描图.由图1可知膜层中存在Ni 、O 和C 等元素.Ar +溅射20min 后,月桂酸的组成元素C 和峰O 依然很明显,表明防变色膜层具有相当的厚度.Fig .1Surv ey X PS spectra o f the antita rnish film .(a )befo re sputtering ,(b)sputtering for 20min Fig .2A ES compositio n depth pr ofile o f the antita r-nish film 用Ar +束不断剥蚀膜层的同时,用AES 定量测定各组成元素的含量,即得图2中的组成元素随深度分布曲线.由图2可见,Ar +溅射12min 后,防变色膜中组成元素的含量基本恒定,表明膜层为均相膜.因此,从深度分布曲线的近似组成恒定区(溅射12至20min)求得膜层中各组成元素的原子百分浓度(A .C .%)为:O 17.3,C 74.0,Ni 8.7.膜层中C 的含量很高,因此防变色膜具有优良的巯水性,可有效防止亲水腐蚀介质的浸入.关于膜层的形成机理与结构正在研究中.3结 论月桂酸防镍变色处理的最佳条件为:月桂酸2g /L,p H 8,70℃,1min.从膜的元素组成近似恒定区求得膜的相对原子百分浓度(A.C .%)为:O 17.3,C 74.0,Ni 8.7.172腐蚀科学与防护技术9卷参考文献1Britton S C,Brigh t K.M etallurgia,1957,56:1632Fang J ingli,Cai Zi.Plat.&Surf.Finish.,1988,75:583方景礼,吴乃钧.中国腐蚀与防护学报,1989,9(4):2804方景礼,吴乃钧,王占文.应用化学,1990,7(6):9XPS A ND AES STUDIES OF ORGA NIC ANTITARNISHFILM ON NIC KEL SURFACEHAN Keping,LIU Qin,FANG Jingli(Department of Chemistry,Applied Chemistry Institute,N anjing University,N anjing210093)ABSTRACT Fro m co mpa rison of the a ntita rnish effects o f v arious antitarnish ag ents,it w as found tha t the lauric acid wa s an ex cellent antitarnish ag ent fo r nickelplate.The o pti-m um passiv atio n conditio n w as lauric acid2g/L,pH8,70℃,1min.The results of XPS and AES analyses show ed that the elemental co mposition(A.C.%)of the a ntita rnish film of lauric acid w as C74.0,O17.3,Ni8.7.KEY WORDS antitarnish film,nickel surface,lauric acid,XPS,AES。
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利用XPS和AES技术研究锌表面Mo(W)-S-Zn簇合物膜王学伟S201009051（北京工业大学材料科学与工程学院100124）固体表面分析方法已经发展成为一种常用的仪器分析技术，特别是对于固体材料的分析和元素化学价态分析。
目前，常用的表面成分元素分析方法有X射线光电子能谱分析（XPS），俄歇电子能谱分析（AES），静态二次离子质谱分析（SIMS）和离子散射谱分析（ISS）。
就目前研究技术而言，AES分析技术主要应用于物理方面的固体材料科学的研究，而XPS分析技术的应用则较为广泛；另外它也更适合于化学领域方面的研究。
早期的X射线光电子能谱也被称作化学分析用电子能谱（ESCA），该方法是在六十年代由瑞典科学家Kai·Siegbahn教授发展起来的。
由于在光电子能谱的理论和技术上所作出的重大贡献，Kai·Siegbahn获得了1981年的诺贝尔物理学奖。
三十多年来，X射线光电子能谱无论在理论上和实验技术上都已获得了长足的发展。
XPS技术刚开始主要用来对化学元素的定性分析，随着科技的发展与进步，XPS谱图分析技术现在主要包括表面元素定性分析、表面元素的半定量分析、表面元素的化学价态分析、元素沿深度方向的分布分析和XPS伴峰分析（包括XPS携上峰分析、XPS价带谱分析、X射线激发俄歇电子能谱分析和俄歇参数）等各个方面。
由于XPS具有很高的表面灵敏度，适合于有关涉及到表面元素定性和定量分析方面的应用，同样也可以应用于元素化学价态的研究。
此外，配合离子束剥离技术和变角XPS技术，还可以进行薄膜材料的深度分析和界面分析。
XPS的研究领域也不再局限于传统的狭隘的化学分析，而是广泛应用于化学化工、材料、机械、电子材料等领域。
目前，该方法在表面分析工作中的份额占几近一半，因此，XPS不愧是科学研究领域研究人员常用的一种最主要的表面分析技术和工具。
另外X射线光电子能谱和俄歇谱并不是完全相互独立，它们之间是不无联系的。
在X射线电离后的激发态离子是不稳定的，可以通过多种途径产生退激发。
其中一种最常见的退激发过程就是产生俄歇电子跃迁的过程，因此X射线激发俄歇谱（XAES）是光电子谱的必然伴峰。
其原理与电子束激发的俄歇谱相同，仅仅是激发源不同。
与电子束激发俄歇谱相比，XAES具有能量分辨率高，信背比高，样品破坏性小及定量精度高等优点。
同XPS一样，XAES的俄歇动能也与元素所处的化学环境有密切关系，同样可以通过俄歇化学位移来研究其化学价态。
由于俄歇过程涉及到三电子过程，其化学位移往往比XPS的要大得多；这对于元素的化学状态鉴别非常有效。
对于有些元素，XPS的化学位移非常小，不能用来研究化学状态的变化。
因此，我们不仅可以用俄歇化学位移来研究元素的化学状态，其线形也可以用来进行化学状态的鉴别。
俄歇电子能谱仪（AES）是建立在电子技术、弱信号检测技术和超高真空技术基础上的一种研究材料表面组成元素的新型分析仪器。
近些年来，俄歇电子能谱仪在材料表面化学成分分析、表面元素定性和半定量分析、元素深度分布分析及微区分析方面崭露头角。
俄歇电子能谱仪的基本原理是在高能电子束与固体样品相互作用时，原子内壳层电子因电离激发而留下一个空位，较外层电子会向这一能级跃迁，原子在释放能量过程中可以发射一个具有特征能量的X射线光子，也可以将这部分能量传递给另一个外层电子，引起进一步电离，从而发射一个具有特征能量的俄歇电子。
检测俄歇电子的能量和强度，可以获得有关表层化学成分的定性和定量信息。
AES的优点在于距表面0.5-2nm 范围内灵敏度高、分析速度快，能探测周期表上He以后的所有元素。
最初，俄歇电子能谱仪主要用于研究工作，现已成为一种常规分析测试手段；可以用于半导体技术、冶金、催化、矿物加工和晶体生长等许多领域。
俄歇效应虽然早在1925年已被发现，但获得实际应用却是在1968年以后。
材料在成型过程中由于不同的加工条件，导致材料内部某些合金元素或杂质元素在自由表面或内界面（如晶界）处发生偏析。
偏析的存在严重影响材料的性能；但是，偏析有时仅仅发生在界面的几个原子层范围内。
在俄歇电子能谱分析方法出现以前，很难得到确凿的实验证实。
具有极高表面灵敏度的俄歇电子能谱仪，为成功解释各种和界面化学成分有关的材料性能特点，提供了有效的分析手段。
目前在材料科学领域的许多课题中，如金属和合金晶界脆断、蠕变、腐蚀，粉末冶金，金属和陶瓷的烧结、焊接和扩散连接工艺，复合材料以及半导体材料和器件的制造工艺等方面，俄歇电子能谱仪的应用则相对而言十分活跃。
在所选《锌表面Mo(W)-S-Zn簇合物膜的XPS和AES研究》这一文献中简要介绍了在锌表面获得多种不同颜色且具有金属光泽的不溶性Mo(W)-S-Zn簇合物转化膜。
提高锌或锌镀层防护装性的传统钝化工艺是采用铬酸盐，近年来为了减轻和杜绝Cr6+的毒害性，开展了低铬无铬钝化工艺的研究，其种类包括单宁酸、钥酸盐、硅酸盐、钒酸盐和钨酸盐等。
Mo(W)s42-是一种低毒、低污染和低剂量的金属表面钝化剂。
实验研究了MoS42-和Ws42- 在锌表面的界面配位化学反应。
从研究中可知，随着反应时间的变化，可得到多种不同颜色且具有金属光泽的不深性簇合物转化膜；这种膜层属于功能性装饰层，不仅赋予金属表面的外表，而且还可提高表面光亮度和清洁度，增强金抗腐蚀性能。
即得结论为该簇合物膜层具有良好的耐蚀性能和装饰效果，加热处理后颜色将发生变化，加速腐蚀试验结果表明，金黄色膜耐蚀性最佳。
作者在实验过程中采用美国Perkin-Elmer PHI-550ESCA/SAM多功能电子能谱仪进行了XPS和AES分析，以AlKα (1486.6eV)X射线为激发源，靶电压10kV，靶电流40mA，XPS全扫描和高分辨谱测定时通能分别为50eV和25eV。
分析室压力系10-7Pa，AES分析中电子束压为3kV，束流为8μA。
Ar+束压和束流分别为4kV和15mA，溅射面积为5×5。
在此条件下用Ta2O5作标准，得刻蚀速率约为5nm/min，结合能用C1s(284.6eV)标定，测定误差为±0.leV。
元素的XPS高分辨谱用计算机专用程序分峰。
实验通过XPS和AES技术对以MoS42-钝化处理10min所形成的耐蚀性能最佳的金黄色簇合物转化膜分析，所得的结论和分析依据如下文所述。
金黄色簇合物转化膜的XPS和AES分析实验采用XPS和AES技术方法研究了簇合物转化膜的元素组成及成分分布。
其中，图1为金黄色簇合物转化膜层的XPS全扫描图。
从图1及其AES全谱可知，Ar+溅射前膜层表面可见到Zn、Mo、S、O和C元素，但溅射5min后C峰消失，其余峰则保留，这充分说明元素C只存在于膜层表面，是由污染造成。
膜由Zn、Mo、S和O元素组成，是MoS42-与锌表面发生配位化学反应的结果。
为了确定簇合物转化膜中各元素的价态，在Ar+溅射前和溅射8min后元素组成基本恒定时分别测定了高分辨XPS谱，以此作为确定金黄色膜层中元素价态的依据。
图2为ZnL3M45N45的高分辨XPS谱，油射前及溅射8min后，其结合能分别为988.3eV和989.1eV （括号中数值），处在ZnO（988.8eV）与ZnO（989.7eV）中ZnL3M45N45结合能之间，说明锌为+2价。
当溅射20min时，出现了989.3eV和992.1eV两个峰，说明已溅射到金属基体，出现了单质锌。
从Zn2P3/2高分辨谱也可以看出，溅射前及溅射后其结合能分别为1022.3eV 和1022.1eV，也相当于ZnO中Zn2+的2P3/2峰（1022.5eV）和ZnS中Zn2+的2P3/2峰（1021.9eV），这进一步证明了上述结论。
根据Auger参数计算公式α= KE+BE（其中，KE和BE分别代表Auger峰动能和XPS结合能），确定元素的价态，可以消除不同样品荷电效应产生的误差；溅射前后簇合物转化膜层中Zn的α分别为2011.2eV和2011.4eV，与ZnO和ZnS中Zn(+2)接近，故在膜层表面与膜层内部Zn均以+2价存在。
从图3膜层中Mo3d的高分辨XPS谱可知，溅射前Mo的结合能（232.5eV和235.7eV）与MoO3中Mo3d 232.6eV和Mo3d 23 5.8eV接近，表明膜表面Mo呈+6价。
MoS42-中Mo2d 23.0eV和Mo3d 233.2eV，转化膜比MoS42-中Mo3d结合能升高，这是由Mo-S-Zn键形成、Mo电子云密度下降所致。
Ar+溅射8min后，Mo(+6)的235.3eV峰仍然保持，但峰强度减弱，同时又出现一个229.1eV新峰，与MoS2的Mo3d5/2的结合能229.6eV接近，说明在膜层内部Mo以+6价和+4价共存。
4价钼的存在可能是在成膜过程中钼被基体Zn或Ar+溅射还原的而得的结果。
MoS42-和MoO2S42-的S2p结合能分别为161.7eV和162.2eV，峰为较强较宽的单峰。
金黄色簇合物转化膜膜层中S2p高分辨XPS谱显示，在溅射前结合能为162.1eV和162.9 eV。
162.1eV主峰对应于MoS4结构中-2价硫，162.9eV处为一肩峰，对应于MoO2S42-中的S2p峰。
我们可以认为，这是MOS4结构中部分S被O取代形成了MoO m S2-4-m（n=1-3）中的-2价S的信号。
溅射8min后S2p结合能变化不大，说明膜层内部中的S也为-2价。
端S和桥S结合能无明显差别。
由于形成了Mo-S-Zn配位键，配位后S的电子云密度降低，其内层电子更难激发以致于其结合能比未配位的MoS42-略有升高。
在Ar+不断溅射膜层的同时，用AES结合深度剖析技术定量测定元素的相对原子百分含量，图4为金黄色膜层的AES深度分布曲线。
从图4中可以得知，转化膜有一定的厚度，刻蚀时间在2-14min内膜层的组成基本恒定，继续溅射Zn的浓度迅速上升，Mo、S和O的浓度下降，说明已溅射到Zn基体。
从组成恒定区求得的金黄色膜层的元素组成大致为32.5%Zn，19.3%Mo，39 .4%S，8. 5%O。
以Ta2O5为标准，在溅射速率约为5nm/min时计算出的金黄色膜的厚度约为60nm。
其余颜色的Mo(W)-S-Zn簇合物转化膜的元素组成和价态与金黄色膜的情况大体相似，但组成元素的百分含量和膜层厚度是不同的，厚度与反应时间有关；时间越长则转化膜越厚。
该转化膜为Zn和Mo(W)S42-发生配位化学反应生成的表面多分子层的复杂体系，其颜色不仅是由Mo(W)-S-Zn键引起的，而且也是各组分或分子层统计分布的结果。
加热前后簇合物转化膜颜色的变化是由膜组成和结构的变化而引起的。
结论在实验过程中采用美国Perkin-Elmer PHI-550ESCA/SAM多功能电子能谱仪进行了XPS和AES分析。