XPS表面分析技术在材料研究中的应用
xps的原理与应用
XPS的原理与应用1. 什么是XPS？X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS）是一种表面分析技术，用于研究材料的化学成分和电子状态。
它是通过照射材料表面的X射线，测量材料表面电子的能量分布来获取信息的。
XPS不仅可以得到材料的元素组成，还可以了解元素的氧化态、表面化学键的环境等信息。
2. XPS的工作原理XPS是基于光电效应的原理工作的。
当X射线照射到材料表面时，X射线与材料中的原子发生相互作用，其中一部分X射线被吸收，其中一部分被散射。
被吸收的X射线能量大约为束缚能与X射线能量之差。
被吸收的X射线能量足以使得材料中的原子电子跃迁到一个能量较高的态。
这些电子以一定的能量和角度从材料表面逸出，并被称为光电子。
这些逸出的光电子的能量将与原子或分子的电子能级有关，从而可以得出材料的化学成分和表面状态。
3. XPS的仪器和组成部分XPS仪器由以下主要部分组成： - X射线源：提供光源，可以是一台X射线管或是一台恒温恒流的X射线源。
- 分析仪器：用于分析逸出的光电子的能量和角度分布。
- 探测器：用于接收并测量逸出的光电子，常用的探测器有多道探测器和球面能量分析器（Hemispherical Energy Analyzer）。
- 数据采集和处理系统：用于采集并分析探测器接收到的光电子信号。
4. XPS的应用领域4.1 表面化学组成分析XPS的主要应用是对材料的表面化学成分进行分析。
通过测量光电子的能量分布，可以判断样品中的元素种类和数量，甚至可以确定元素的氧化态。
4.2 元素深度分析通过控制X射线的能量，可以实现不同深度的元素分析。
这种能量调谐的XPS称为角分辨X射线光电子能谱（Angle Resolved XPS，ARXPS）。
通过ARXPS技术，可以研究材料的表面成分和深层成分的分布情况。
4.3 表面化学键分析XPS还可以提供材料表面化学键的信息。
xps的原理及应用
XPS的原理及应用1. XPS的概述X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS）是一种常用的表征材料表面和界面化学组成的表面分析技术。
它基于X射线和光电效应，通过测量样品表面的光电子能谱来分析元素的种类、化学状态和表面含量。
2. XPS的原理XPS技术的原理是通过X射线照射样品表面，使得样品表面的原子发生光电效应产生光电子。
根据光电子的能量分布和强度，可以确定样品表面的化学元素的种类和含量，以及其化学态。
XPS的原理主要包括以下几个方面：2.1 X射线的作用通过使用X射线可激发样品表面的原子产生光电效应。
X射线的能量在几百电子伏特到几千电子伏特之间，具有良好的穿透性。
X射线在样品表面与原子和电子相互作用，并将电子从样品中抽取出来，形成光电子。
2.2 光电子的能量测量测量光电子的能量分布以及强度，可以确定元素的种类、含量和化学状态。
光电子的能量与其从样品中脱离所需的能量差有关。
根据能量的分布和峰形，可以得到样品表面的元素种类和含量，以及其他化学信息。
2.3 分辨能量的测量XPS技术具有较高的分辨能力，可以测量不同元素之间的能级差异。
通过测量不同元素的光电子能谱，可以确定元素的化学状态，如氧化态、还原态等。
3. XPS的应用XPS技术在材料科学、化学、物理学等领域有广泛的应用。
以下是XPS技术的一些主要应用：3.1 表面化学分析XPS技术可以用于对材料表面的化学组成进行分析。
通过测量光电子能谱，可以确定材料表面的元素种类和化学状态，以及各元素的含量。
这对于研究材料的性质、表面改性和表面反应具有重要意义。
3.2 薄膜分析XPS技术可以用于薄膜的分析。
通过测量光电子能谱，可以确定薄膜的元素组成、界面结构和化学状态。
这对于研究薄膜的制备和性能具有重要意义。
3.3 腐蚀和氧化研究XPS技术可以用于腐蚀和氧化的研究。
通过测量光电子能谱，可以确定材料表面的化学状态和含量的变化，以及腐蚀和氧化过程中的反应机制。
XPS分析技术及其在材料微分析方面中的应用
XPS分析技术及其在材料微分析方面中的应用摘要：本文介绍了X 射线光电子能谱（XPS）分析技术的基本原理、技术特点、研究进展、分析仪器构成以及在材料微分析方面的实际应用。
关键词：XPS分析技术；微分析；应用1、引言：近年来，利用各种物理、化学或机械的工艺过程改变基材表面状态、化学成分、组织结构或形成特殊的表面覆层，优化材料表面，以获得原基材表面所不具备的某些性能，如高装饰性、耐腐蚀、抗高温氧化、减摩、耐磨、抗疲劳性及光、电、磁等，达到特定使用条件对产品表面性能的要求的各种表面特殊功能处理技术得到迅速发展；对表面分析技术发展提出更高要求[1]。
材料表面分析业已发展为一种常用的仪器分析方法，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分析方法有：X射线光电子能谱（XPS），俄歇电子能谱（AES），静态二次离子质谱（SIMS）和离子散射谱（ISS）。
AES分析主要应用于物理方面的固体材料科学的研究，而XPS的应用面则广泛得多，更适合于化学领域的研究[2]。
SIMS和ISS由于定量效果较差，在常规表面分析中的应用相对较少[3]。
但近年随着飞行时间质谱（TOF-SIMS）的发展，使得质谱在表面分析上的应用也逐渐增加。
X射线光电子能谱（XPS）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。
三十多年的来，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已从刚开始主要用来对化学元素的定性分析，业已发展为表面元素定性、半定量分析及元素化学价态分析的重要手段。
XPS的研究领域也不再局限于传统的化学分析，而扩展到现代迅猛发展的材料学科。
目前该分析方法在日常表面分析工作中的份额约50%，是一种最主要的表面分析工具。
在X射线源上，已从原来的激发能固定的射线源发展到利用同步辐射获得X射线能量单色化并连续可调的激发源[6]；传统的固定式X射线源也发展到电子束扫描金属靶所产生的可扫描式X射线源；X射线的束斑直径也实现了微型化，最小的束斑直径已能达到6μm使得XPS在微区分析上的应用得到了大幅度的加强。
说明xps分析的原理应用及特点
说明XPS分析的原理应用及特点1. 引言X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy，简称XPS）是一种用于分析材料表面化学成分和化学状态的非破坏性表征技术。
本文将对XPS分析的原理、应用和特点进行说明。
2. 原理XPS利用高能X射线轰击材料表面，通过测量材料表面逸出的光电子能谱来获得有关材料化学成分和化学状态的信息。
其基本原理如下： - X射线入射：高能X 射线束通过X射线源作用在样品表面，激发样品表面原子的束缚电子。
- 光电子逸出：激发的束缚电子获得足够的能量克服束缚力，从样品表面逸出成为自由电子。
- 能谱检测：逸出的光电子根据能量不同形成能谱，通过能量分辨仪进行检测和分析。
- 数据分析：通过对能谱的峰位、峰面积和峰形等进行分析，可以获得样品表面元素的组成和化学状态信息。
3. 应用XPS技术在多个领域有广泛的应用，以下列举几个常见的应用场景：3.1 表面成分分析XPS可以准确测量材料表面的元素组成和化学状态，可以表征材料的成分。
在材料科学、化学、生物医学等领域中，XPS被广泛用于表面成分分析。
3.2 化学反应分析XPS能够跟踪材料表面化学反应的过程和机制，通过观察化学反应前后材料表面的变化，可以获得有关反应的信息。
3.3 材料表面状态研究XPS可以研究材料表面的电荷状态、化学键形成和断裂等变化。
这对于了解样品在化学、电子学等方面的性质具有重要意义。
3.4 腐蚀和污染研究XPS可以追踪材料表面腐蚀和污染的过程，分析腐蚀和污染物的成分和形态。
这对于材料保护、环境保护等方面具有重要意义。
4. 特点XPS作为一种高精准度的表征技术，具有以下特点：4.1 高分辨率XPS能够实现较高的能量分辨率，可以准确测定光电子能谱的峰位和峰形，从而得到更准确的表征数据。
4.2 高灵敏度XPS对材料表面的元素非常敏感，可以检测到较低浓度的元素。
这对于分析痕量元素具有重要意义。
xps的工作原理及应用
XPS的工作原理及应用简介XPS（X-ray Photoelectron Spectroscopy，X射线光电子能谱）是一种表征材料表面元素及化学状态的表征手段。
它利用X射线照射样品表面，通过分析样品表面电子的能量分布来获取元素的信息。
XPS广泛应用于材料科学、表面化学、纳米科学等领域，为研究材料性质和表面反应机制提供了重要的手段。
工作原理XPS的工作原理主要基于X射线的相互作用原理。
当样品表面被X射线照射时，元素的内层电子就会吸收掉X射线的能量，从而使得这部分电子逸出，并成为光电子。
根据光电子能量与逸出深度的关系，可以得到元素的能谱信息。
XPS通常使用单色X射线源作为光源，这样可以确保X射线的能量单一。
在照射样品的同时，通过调整束缚电压，可以选择性地使得不同能量的光电子进入能谱仪。
能谱仪中的能谱分析器可以将光电子按照能量进行分离，并触发一个探测器进行信号采集。
应用领域物质表面化学性质研究XPS可以分析材料表面的元素组成和化学状态，为研究物质的表面化学性质提供了直接的手段。
通过分析元素的价态和化学键的形态，可以了解材料的催化性能、电化学性能、界面反应机理等信息。
表面形貌研究XPS可以对材料表面的形貌进行表征。
例如，可以通过分析材料表面元素浓度的变化，来研究材料表面的退化情况、污染物的分布等。
同时，还可以通过表面化学计量知识，研究表面形貌与功能之间的联系。
薄膜生长与界面反应研究XPS可以对薄膜生长和界面反应过程进行研究。
由于XPS具有高表面灵敏度和高化学状态分辨率，可以实时监测材料表面的化学变化，以及材料界面的结构和性质变化。
这对于薄膜生长过程的优化和界面反应机理的理解具有重要意义。
环境科学研究XPS可以用于环境科学领域的研究。
例如，它可以分析空气中的颗粒物表面成分，了解大气污染的来源和演化过程。
同时，XPS还可以研究水中污染物的吸附与解吸过程，为环境治理提供科学依据。
结论XPS是一种非常重要的表面分析技术，可以提供元素组成和化学状态的详细信息。
xps的原理及其应用
XPS的原理及其应用1. XPS的概述XPS（X-ray Photoelectron Spectroscopy）是一种表面分析技术，它通过入射X射线照射样品，测量材料中逸出的电子能谱来分析样品的元素组成和化学状态。
XPS主要基于光电效应原理和荷电屏蔽效应原理进行分析。
2. XPS的基本原理XPS利用入射X射线激发样品表面的原子，使其逸出的电子被收集和分析。
电子逸出的能量与样品中原子的化学状态密切相关，通过测量电子能谱，可以了解样品的元素组成、化学状态、氧化还原状态等信息。
具体而言，XPS的基本原理如下： - X射线源：XPS使用具有高能量的X射线作为激发源，常用的是具有镓或铝阳极的X射线源。
- 入射X射线：X射线通过X射线源发出，并照射到样品的表面。
- 光电子逸出：入射X射线与样品原子发生相互作用，使电子从原子的内层轨道逸出，逸出的电子称为光电子。
- 荷电屏蔽效应：逸出的光电子在穿越样品表面时，会受到其他原子的屏蔽作用，从而发生能量损失。
- 检测和分析：逸出的光电子根据能量进行分析和检测，得到电子能谱图，通过分析电子能谱，可以确定样品的化学成分和状态。
3. XPS的应用领域XPS具有非常广泛的应用领域，以下列举了几个典型的应用场景：3.1 表面化学分析XPS可以用于对材料表面的化学成分进行分析，从而了解材料的表面组成、含量和化学状态。
这对于材料研究、表面处理和质量控制非常重要。
3.2 薄膜研究XPS可以评估和分析薄膜材料的表面成分和溢出问题，帮助研究人员更好地理解薄膜的性能和稳定性。
3.3 界面分析XPS可以揭示材料的界面特性，例如界面反应、沉积物和缺陷等。
这对于理解材料的界面性质、界面失效和界面反应具有重要意义。
3.4 催化剂研究XPS可以用于催化剂的表征和性能评估，帮助研究人员了解催化剂的表面组成、氧化状态和反应机制。
3.5 生物材料研究XPS可以用于分析生物材料的表面化学成分和功能基团，帮助研究人员了解生物材料的表面性质和相互作用机制。
XPS表面分析技术在材料研究中的关键应用
XPS设备与分析5
XPS测试设备与分析
• 在单色（或准单色）X射线照射下，测量材 料表面所发射的光电子能谱来获取表面化 学成分、化学态、分子结构等方面的信息， 这种表面分析技术称为X射线光电子能谱 （XPS）。
• XPS由X-ray激发源、样品室、能量分析器、 PSD位置灵敏探测器和数据处理系统及超高 真空系统等组成。
工 作 示 意 图
E k=hv-E b-Φ
式中E k为光电子动能，h v 为激发光能量，E b是固体中电子结合能，Φ为逸出功
XPS表面分析技术在材料研究中的关 键应用
XPS提供的测量信息
XPS设备与分析17
• 元素：XPS能检测除H以外的所有元素，检测限0.1% atom原子浓度。(原子浓度和实际材料配比的摩尔数相 当,在我们日常的检测限:1%-3%)
• 根据样品中各单质元素及化合物的XPS结合能的 特征峰位、峰形,对照结合能标准手册,确定单质 元素及化合物的表面化学状态、化学结构;
• 例如: SnO2薄膜的XPS窄扫描C1s及Sn3d5/2谱图, 经曲线拟合分峰, C1s=285.2eV 、 Sn3d5/2=487.6eV,由于荷电效应，实际测得污染 碳和标准的污染碳相差，那么真实的Sn3d5/2特 征峰的结合能
• XPS图谱 • 曲线拟合分峰 • 确定峰位和强度
XPS设备与分析23
XPS表面分析技术在材料研究中的关 键应用
XPS图谱包含的信息 • 内能级
• 价能级
• 俄歇跃迁系列
XPS表面分析技术在材料研究中的关 键应用
XPS设备与分析24
Ag的XPS宽扫描图(3s,3p,3d )
XPS设备与分析25
材料研究分析方法XPS
材料研究分析方法XPSX射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）是一种广泛应用于材料研究和分析的表征技术。
它利用入射的X射线激发材料表面的电子，测量所产生的光电子的能量分布，从而确定样品的化学组成、元素状态和电子结构等信息。
本文将介绍XPS的基本原理、仪器及其应用。
XPS的基本原理是利用X射线激发材料表面的原子和分子，使其内层电子跃迁到外层，产生光电子。
这些光电子的动能与原子或分子的电子结构、化学环境和束缚能有关。
通过测量光电子的能谱，可以得到元素的化学状态、电荷状态和化学键的形式等信息。
XPS的实验装置一般包括X射线源、光学系统、电子能量分析器和探测器。
X射线源通常是基于一个X射线管，产生具有一定能量和强度的X射线。
光学系统将X射线聚焦到样品表面，同时也可以调节入射角度和区域。
电子能量分析器由能量选择器和探测器组成，能够分析光电子的能量分布。
探测器可以是多个位置灵敏的通道探测器，也可以是二维面探测器，用于测量光电子的能谱图像。
整个实验装置可以通过各种外围设备和计算机进行控制和数据处理。
XPS广泛应用于表面和界面的化学分析、薄膜和涂层的研究、材料的性能表征等领域。
在表面化学分析中，XPS可以用来确定元素的种类和含量，分析化学键的形式和强度，表征材料的化学性质和表面组成。
在薄膜和涂层研究中，XPS可以用来分析薄膜的厚度、界面的结构和反应机理，以及薄膜的成分和含量。
在材料性能表征中，XPS可以用来研究材料的电子结构、能带结构和载流子状态，了解材料的电子特性和导电机制。
XPS作为一种非接触性和表面敏感的表征技术，具有高分辨率、高灵敏度和高静态深度分辨能力等优点。
然而，XPS也有一些局限性，例如不能获取样品的化学状态和元素的价态，不能分析材料的体积成分等。
此外，XPS在样品准备和实验条件等方面要求较高，样品表面必须光滑且真空条件下进行测量。
总体而言，XPS是一种非常有用的表征技术，可以提供材料的表面和界面的化学信息，对于材料研究和分析具有重要的应用价值。
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表面分析技术1
表面分析技术
• 表面分析技术的应用涉及半导体、催化、冶
金、腐蚀、涂层、粘合、聚合物、注入、渗 杂等; • 表面分析技术是研究物质表面的形貌、化学 组成、原子结构、原子态等信息的实验技术; • 表面分析技术通过研究微观粒子与表面的相 互作用获得表面信息; • 按所获得的信息分类，可分为组分分析、结 构分析、形貌分析等。
解决荷电效应的方法
XPS设备与分析33
• 解决办法1：电子综合枪：用一个高电流、低能
量电子源引进补偿电子流。价格贵,使用不多; • 解决办法2：结合能坐标基准较好的办法是用内 标法，即将谱中一个特定峰明确地指定一个准确 的结合能Eb。一个常用的校正方法是令饱和碳氢 化合物(或吸附碳, 污染碳)中C1s284.8eV结合能 为基准定标。如 XPS谱图中污染碳C1s的测试值 为C1s=285.8eV,而 污染碳C1s的标准值为 C1s=284.8eV,相差悬1个电子伏特, XPS谱图中所 有元素的结合能都要减去1个电子伏特; • 解决办法3: 当样品中污染碳含量很少或样品中 含有其他的碳材料时,结合能坐标基准可用外标 法,在样品上蒸镀金作为参照物来定标，即选定 Au为84.0eV
XPS设备与分析35
化学位移
氟聚合物的C1s谱
碳的宽扫描XPS图谱
XPS设备与分析36
碳的化合物结合能位移图
XPS设备与分析37
XPS设备与分析38
XPS定量分析原理
• X射线光电子谱线强度反映样品中单质元
素及化合物各构成元素的含量或浓度; • 测量谱线强度，便可进行定量分析; • 测量样品中单质元素及化合物各构成元素 的绝对浓度相当困难，一般都是测量其相 对含量，也就是测量样品中某种元素在其 单质及该元素化合物中的相对原子浓度; • 只要测得特征谱线强度(峰高、峰面积)， 再利用相应元素及含该元素化合物的灵敏 度因子，便可得到相对浓度。
能量分析器
XPS设备与分析10
能量分析器: 是谱仪的核心部分，用以精确测定电子结合能。 能量分析器:有半球或筒镜分析器。 位置灵敏探测器：一种高效探测器，可用于小面积XPS。
XPS设备与分析11
X-ray源
XPS设备与分析12
X-ray激发源:
X射线光电子能谱的X射线源主要由灯丝、阳 极靶以及滤窗组成。X射线采用软X射线，即波
料表面所发射的光电子能谱来获取表面化 学成分、化学态、分子结构等方面的信息， 这种表面分析技术称为X射线光电子能谱 （XPS）。 • XPS由X-ray激发源、样品室、能量分析器、 PSD位置灵敏探测器和数据处理系统及超高 真空系统等组成。
XPS设备与分析6
XPS总图
XPS设备与分析7
样 品 室
XPS设备与分析39
假定样品的表面层在100埃～200埃（1埃=10-10m） 深度内是均匀的，则其强度I（每秒钟所检测的 光电子数）由下式给出 I =nfσ φ γ ATλ n——原子数/cm3 f——X射线通量（光子/cm2 ·s） σ ——光电离截面（cm2） φ ——与X射线和出射光电子的夹角有关的因子 γ ——光电子产率（光电子/光子） А ——采样面积（cm2） Т ——检测系数 λ ——光电子的平均自由程（cm）
XPS设备与分析21
元素深度的分布(Cr,O,Si)I-sptter time
沿表面不同深度的化学状态
XPS设备与分析22 (suface-30A-150A-300A)(oxide-metal)
XPS设备与分析23
XPS图谱分析
• XPS图谱 • 曲线拟合分峰
• 确定峰位和强度
XPS设备与分析24
XPS的分析取样深度
XPS设备与分析18
• 固体中的原子吸收X射线后将导致其中的电子出
射，这个现象又称之为光电离。出射的电子可能 来自紧束缚的内能级，也可能来自弱成键价能级 或分子轨道。只有部分光电离的电子能从表面逃 逸后进入真空,称之为光电效应; • XPS采用的软X射线虽能穿透材料几个微米，但由 于光电效应，XPS的表面灵敏度同激发源X射线穿 透深度无关; • 取样深度: 金属0.5-2nm;无机材料1-3nm深度; 有机材料3-10nm 。
•
•
•
式中，Ek为光电子动能，hv 为激发光能量，Eb是固 体中电子结合能，Φ 为逸出功。 2O世纪4O年代瑞典Uppsala大学在β -射线谱取得重大 进展，K.Siegbahn建造了一台能测量电子动能的XPS仪 器,其鉴别能力达1O-15。 1954年，动能Ek首次被准确地测量,从而得到结合能 Eb 。不久因化学状态变化而产生的内能级位移也被观 测到。即所谓的化学位移现象。基于XPS这种化学状态 分析能力，K.Siegbahn取名为ESCA其全称为Electron Spectroscopy for Chemical Analysis，即化学分析 电子谱。 K.Siegbahn因为这些工作，获1981年物理学诺贝尔奖。
结合能坐标基准校正
XPS设备与分析32
• 以污染碳C1s284.8eV定标。 • 采用在样品上蒸镀金作为参照物来定标，即选定
Au为84.0eV 。 • 结合能坐标基准：主要是绝缘（或导电性不好） 样品的荷电效应。X射线辐照期间从绝缘体表面 发射电子，不可避免地将导致形成正的表面电位， 因为来自样品体相或者样品托的电子不能补偿这 种电子损失。这种正的荷电作用要降低光电子的 出射动能（即表现为结合能增加）。这就是XPS 分析绝缘样品时的荷电效应。 • 单色化X射线源，荷电问题将更加严重。
自旋轨道分裂参数
XPS设备与分析28
• 价能级：价能级是指那些为低结合能电子
（大 约0-15eV）所占据的能级，主要涉及 那些非定域的或成键的轨道。
• 俄歇跃迁系列：俄歇跃迁系列是光发射
所形成的内壳层空穴一种退激发机制的结 果。
XPS设备与分析29
曲线拟合分峰
• XPS窄扫描谱图经曲线采用
Gaussian,GaussianLorentzian,Asymmetric等手段进行曲 线拟合分峰, 我们主要采用GaussianLorentzian,峰形有严重拖尾现象时用 Asymmetric。
XPS设备与分析16
工 作 示 意 图
式中E k为光电子动能，h v 为激发光能量，E b是固体中电子结合能，Φ为逸出功
E k=hv-E b-Φ
XPS提供的测量信息
XPS设备与分析17
• 元素：XPS能检测除H以外的所有元素，检测限0.1% • •
•
atom原子浓度。(原子浓度和实际材料配比的摩尔数 相当,在我们日常的检测限:1%-3%) 化学状态：根据XPS测试的结合能大小、峰形、俄歇 参数分析材料表面化学状态、化学位移、化学结构。 定量：根据元素的峰面积、峰高和相应的元素灵敏度 因子，可测试材料表面的原子浓度。可分析材料中不 同元素的原子浓度比。 深度：(1)用Ar+离子溅射材料表面作深度分析，但Ar+ 离子对材料表面有损伤，结合能的位置会有微小的改 变，以及溅射产额的不同，引起表面的成份变化。(2) 用角分辨深度分析，对表面无损伤。依据激发射线和 样品表面的夹角耒分析。缺点是分析深度变化在几十 个纳米范围内。
长较长的光波。一般采用镁铝双阳极靶。
• MgKαX射线能量1253.6eV • A1KαX射线能量1486.6eV • 激发源功率：200W～400W
X-ray激发源结构图
XPS设备与分析13
进 样 室
XPS设备与分析13
XPS设备与分析14
观 察 显 微 镜
XPS设备与分析15
样 品 调 整 台
离 子 枪
XPS设备与分析19
XPS设备与分析20
5KV离子枪
• 离子枪的主要用途：
用Ar+离子束清除样品表面的污染层; 对材料表面进行深度剖析。 • 离子枪的构成： 主要由Ar气源、泄漏阀、电离室（灯丝， 高压栅极）、聚焦镜、物镜、偏转板等组 成。 • 通过调整栅极电压、聚焦镜、物镜可改变 Ar+离子束的剥离强度和束斑大小。
表面分析技术2
表面分析的主要手段
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
XPS-X射线光电子能谱仪 UPS-紫外光电子能谱仪 AES-俄歇电子能谱仪 SIMS-二次离子质谱 EELS-电子能量损失谱 AFM-原子力显微镜 STM-扫描隧道显微镜
XPS分析简介
Ek=hv-Eb-Φ
XPS分析简介3
• 1914年曼彻斯特的Rutherford表述了XPS基本方程：
XPS图谱包含的信息
• 内能级 • 价能级
• 俄歇跃迁系列
Ag的XPS宽扫描图(3s,3p,3d )
XPS设备与分析25
Ag的3d5/2XPS窄扫描图
XPS设备与分析26
•*
XPS设备与分析27
内能级:XPS分析的大部分信息由内能级谱提供,内能级结合能
及其相对强度分别用作元素识别和原子相对浓度测定。图中各 谱峰是银原子电子壳层结构的直接反映。除3S能级外，Ag2P的 结合能已大于1254eV。由于自旋偶合作用结果，图中的非S轨 道都是双峰。内能级符号为nlj，这里n为主量子数，l为轨道角 动量量子数，j为总角量子数，j=（l+s），其中s为自旋角动量 量子数（+-1/2）。因些当l>0时，必存在两个可能状态,见表， 这两个状态的能量差反映了光发射后留下的未配对电子的自旋 及轨道角动量矢量的“平行”和“反平”特点，这个能量差值 可达数电子伏特。对于MgKα和A1KαX射线源，其光子能量对周 期表中除H以外,任一原子至少可以激发一个内能级。其持征结 合能数值可以用作明确的元素标识。
XPS设备与分析8
样品分析室的真空度要求
XPS设备与分析9