电子能谱学[1]
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电子能谱分析基础
等 表面电子态 表面电荷密度分布及能量分布(DOS) 表面能级性质 表面态密度
分布 价带结构 功函数
1-6
第一章 电子能谱分析基础
三 电子能谱与表面灵敏性
一般来讲 分析方法的表面灵敏度依赖于所检测的辐射 电子能谱中 电子从被
电子束或X射线照射的样品中发射出 然后到达能量分析器和检测器进行分析测量 在
1-7
电子能谱(Electron Spectroscopy)
电子在固体中的非弹性平均自由程 通用曲线
为了计算不同物质的非弹性平均自由程 M.P.Seah和W.A.Dench(1979)综合了大量
实测数据 总结出以下经验公式
对纯元素 对无机化合物 对有机化合物
由于电子能谱中包含着样品有关表面电子结构的重要信息 用它可直接研究表面 及体相的元素组成 电子组态和分子结构 电子能谱可进行表面元素的定性和定量分析 元素组成的选区和微区分析 元素组成的表面分布分析 原子和分子的价带结构分析 在某些情况下还可对元素的化学状态 分子结构等进行研究 是一种用途广泛的现代分 析实验技术和表面分析的有力工具 广泛应用于科学研究和工程技术的诸多领域中
由于表面所具有的特殊性质和表面问题与基础理论和工程技术的密切关系 使得近 年来对表面问题研究异常活跃 表面科学虽然诞生的历史不长 但它被认为是当今发展 最快 与技术关系最密切的一门前沿科学 它涉及物理学 化学 生物技术 材料科学 等许多领域
材料的表面行为对于我们的生活是及其重要的 如明显的腐蚀问题可由特别的表 面处理来克服 玻璃的光学性质可由表面涂覆层或改变表面组分加以调控 聚合物的表 面化学可被调整到使其紧附于包装上而对食品不沾 汽车废气催化剂可以除去燃烧引擎 的某些有害排出是表面化学的一个代表作 正如工业催化剂对90%的化工产品是及其重 要的 无论是催化剂 固态电子器件 还是引擎中的运动部件 均是其表面与其环境相 接触 其表面活性将决定材料在预期功能中的行为表现 所以彻底了解材料的表面性质 和行为是十分重要的
分布 价带结构 功函数
1-6
第一章 电子能谱分析基础
三 电子能谱与表面灵敏性
一般来讲 分析方法的表面灵敏度依赖于所检测的辐射 电子能谱中 电子从被
电子束或X射线照射的样品中发射出 然后到达能量分析器和检测器进行分析测量 在
1-7
电子能谱(Electron Spectroscopy)
电子在固体中的非弹性平均自由程 通用曲线
为了计算不同物质的非弹性平均自由程 M.P.Seah和W.A.Dench(1979)综合了大量
实测数据 总结出以下经验公式
对纯元素 对无机化合物 对有机化合物
由于电子能谱中包含着样品有关表面电子结构的重要信息 用它可直接研究表面 及体相的元素组成 电子组态和分子结构 电子能谱可进行表面元素的定性和定量分析 元素组成的选区和微区分析 元素组成的表面分布分析 原子和分子的价带结构分析 在某些情况下还可对元素的化学状态 分子结构等进行研究 是一种用途广泛的现代分 析实验技术和表面分析的有力工具 广泛应用于科学研究和工程技术的诸多领域中
由于表面所具有的特殊性质和表面问题与基础理论和工程技术的密切关系 使得近 年来对表面问题研究异常活跃 表面科学虽然诞生的历史不长 但它被认为是当今发展 最快 与技术关系最密切的一门前沿科学 它涉及物理学 化学 生物技术 材料科学 等许多领域
材料的表面行为对于我们的生活是及其重要的 如明显的腐蚀问题可由特别的表 面处理来克服 玻璃的光学性质可由表面涂覆层或改变表面组分加以调控 聚合物的表 面化学可被调整到使其紧附于包装上而对食品不沾 汽车废气催化剂可以除去燃烧引擎 的某些有害排出是表面化学的一个代表作 正如工业催化剂对90%的化工产品是及其重 要的 无论是催化剂 固态电子器件 还是引擎中的运动部件 均是其表面与其环境相 接触 其表面活性将决定材料在预期功能中的行为表现 所以彻底了解材料的表面性质 和行为是十分重要的
电子能谱学第11讲低能离子散射谱(ISS)
• 对于常用的离子-原子对,能量范围在几百电子伏到 几千电子伏。
清华大学化学系材料与表面实验室 31
角度的选择
• ＩＳＳ实验中需要考虑的角度有三个:入射角、散射角和 方位角(对单晶样品而言,为绕样品法线旋转的角度)。 • 表面原子对其它原子的遮蔽(或阴影）。每个原子后面都 有一个入射离子无法进入的区域(遮蔽锥)。 • 在遮蔽锥的边沿会对入射束起聚焦增强作用,称遮蔽锥的 聚焦效应。 • 入射角(入射束与样品表面法线夹角)越大,遮蔽锥越大。利 用遮蔽效应,可以研究表面原子结构。
清华大学化学系材料与表面实验室
24
阴影效应
• 低能离子在表面散射时具有大的散射截面意味着表层原 子对入射离子的遮蔽作用大，亦即在入射离子的路径上， 若表面第二层原子恰好处在最表层原子的下面，则ISS谱 峰中将看不到第二层原子的谱线。若改变入射方向，则 可能看见第二层原子的谱峰。这便是ISS所具有的阴影效 应。 • 实验上可以利用这一阴影效应，获取不同入射方向的ISS 谱，比较这些谱峰的消长规律，便可推知表面一、二层 原子的种类及它们的相对几何排列。例如，历史上ISS谱 曾成功地确定了ZnS晶体的二个不同极化面。
• 在碰撞过程中由于电子跃迁而损失的能量很少，在大多 数实验装置中探测不到。
• 因此，入射能量为E0、质量为M1的离子，从质量为M2 的靶原子通过θ角(见图1)散射以后，剩下的能量E1：由 方程(1)的关系确定。此关系是根据能量守恒和动量守 恒导出的。
清华大学化学系材料与表面实验室 16
离子散射原理
• 发现以准单层的覆盖率吸附到镍上的硫和氧其散射强 度与表面覆盖率也有线性关系。
• 从这种线性关系得出的结论是，在此范围内，中和效 率与覆盖率无关。据报道，硫和氧吸附于镍上其探测 极限为10－3到10－4单层。
清华大学化学系材料与表面实验室 31
角度的选择
• ＩＳＳ实验中需要考虑的角度有三个:入射角、散射角和 方位角(对单晶样品而言,为绕样品法线旋转的角度)。 • 表面原子对其它原子的遮蔽(或阴影）。每个原子后面都 有一个入射离子无法进入的区域(遮蔽锥)。 • 在遮蔽锥的边沿会对入射束起聚焦增强作用,称遮蔽锥的 聚焦效应。 • 入射角(入射束与样品表面法线夹角)越大,遮蔽锥越大。利 用遮蔽效应,可以研究表面原子结构。
清华大学化学系材料与表面实验室
24
阴影效应
• 低能离子在表面散射时具有大的散射截面意味着表层原 子对入射离子的遮蔽作用大，亦即在入射离子的路径上， 若表面第二层原子恰好处在最表层原子的下面，则ISS谱 峰中将看不到第二层原子的谱线。若改变入射方向，则 可能看见第二层原子的谱峰。这便是ISS所具有的阴影效 应。 • 实验上可以利用这一阴影效应，获取不同入射方向的ISS 谱，比较这些谱峰的消长规律，便可推知表面一、二层 原子的种类及它们的相对几何排列。例如，历史上ISS谱 曾成功地确定了ZnS晶体的二个不同极化面。
• 在碰撞过程中由于电子跃迁而损失的能量很少，在大多 数实验装置中探测不到。
• 因此，入射能量为E0、质量为M1的离子，从质量为M2 的靶原子通过θ角(见图1)散射以后，剩下的能量E1：由 方程(1)的关系确定。此关系是根据能量守恒和动量守 恒导出的。
清华大学化学系材料与表面实验室 16
离子散射原理
• 发现以准单层的覆盖率吸附到镍上的硫和氧其散射强 度与表面覆盖率也有线性关系。
• 从这种线性关系得出的结论是，在此范围内，中和效 率与覆盖率无关。据报道，硫和氧吸附于镍上其探测 极限为10－3到10－4单层。
紫外光电子能谱(ups)(ppt)
随着科学研究的深入，对UPS的分辨率和 灵敏度的要求也越来越高。未来，UPS技 术有望通过改进光源、探测器和信号处 理技术，实现更高的分辨率和灵敏度， 从而更准确地探测物质结构和性质。
VS
详细描述
为了提高UPS的分辨率和灵敏度，研究者 们正在探索新型的光源，如X射线、极紫 外线等，这些光源具有更高的能量和更短 的波长，能够提供更精细的能级结构信息 。同时，探测器技术和信号处理算法的改 进，也将有助于提高UPS的探测精度和信 噪比。
工作原理
通过测量逃逸电子的动能，可以推断 出其对应的束缚能，从而得到电子的 能级结构。
UPS的应用领域
材料科学
研究材料表面电子结构和化学 态，了解材料性质和反应机理
。
能源科学
用于研究太阳能电池、燃料电 池等能源材料的电子结构和化 学态，提高能源转换效率。
环境科学
用于研究大气、水体和土壤中 的污染物的电子结构和化学态 ，了解污染物迁移转化机制。
感谢观看
THANKS
UPS与其他谱学技术的联用
总结词
将UPS与其他谱学技术进行联用，可以实现 更全面的物质分析。这种联用技术有望在多 个领域发挥重要作用，如材料科学、生物学 和医学等。
详细描述
UPS可以与光电子能谱(PES)、X射线光电子 能谱(XPS)、红外光谱(IR)、拉曼光谱 (Raman)等技术进行联用，每种技术都有其 独特的优点和适用范围。例如，将UPS与 XPS联用，可以同时获得元素的价态信息和 轨道结构信息，对于理解化学反应机理和材 料性质具有重要意义。
有机分子和聚合物的研究
有机分子电子结构研究
UPS可以测量有机分子的电子结构和能量状态，有助于研究有机分子的化学键合和反应 机理。
VS
详细描述
为了提高UPS的分辨率和灵敏度，研究者 们正在探索新型的光源，如X射线、极紫 外线等，这些光源具有更高的能量和更短 的波长，能够提供更精细的能级结构信息 。同时，探测器技术和信号处理算法的改 进，也将有助于提高UPS的探测精度和信 噪比。
工作原理
通过测量逃逸电子的动能，可以推断 出其对应的束缚能，从而得到电子的 能级结构。
UPS的应用领域
材料科学
研究材料表面电子结构和化学 态，了解材料性质和反应机理
。
能源科学
用于研究太阳能电池、燃料电 池等能源材料的电子结构和化 学态，提高能源转换效率。
环境科学
用于研究大气、水体和土壤中 的污染物的电子结构和化学态 ，了解污染物迁移转化机制。
感谢观看
THANKS
UPS与其他谱学技术的联用
总结词
将UPS与其他谱学技术进行联用，可以实现 更全面的物质分析。这种联用技术有望在多 个领域发挥重要作用，如材料科学、生物学 和医学等。
详细描述
UPS可以与光电子能谱(PES)、X射线光电子 能谱(XPS)、红外光谱(IR)、拉曼光谱 (Raman)等技术进行联用，每种技术都有其 独特的优点和适用范围。例如，将UPS与 XPS联用，可以同时获得元素的价态信息和 轨道结构信息，对于理解化学反应机理和材 料性质具有重要意义。
有机分子和聚合物的研究
有机分子电子结构研究
UPS可以测量有机分子的电子结构和能量状态，有助于研究有机分子的化学键合和反应 机理。
第十三章(电子能谱分析)
(3)用微分谱进行分析时，
一般以负峰能量值作为俄歇电子能量， 用以识别元素(定性分析)，
以峰—峰值(正负峰高度差)代表俄歇峰强度，
用于定量分析。
§13.1 俄歇电子能谱法
3．化学位移与伴峰 原子化学环境变化 →可能引起俄歇蜂的位移(称化学位移)， 也可能引起其强度的变化， →这两种变化的交叠， →则将引起俄歇谱(图)形状的改变。 俄歇电子逸出固体表面时， 有可能产生不连续的能量损失， →在主峰的低能端产生伴峰。
§13.2 x射线光电子能谱法
2．定量分析 有理论模型法、灵敏度因子法、标样法等。 3．化学结构分析
x射线光电子能谱法优点： 可以广泛应用于表面科学与工程领域的分析、研究工作。 ①是一种无损分析方法； ②是一种超微量分析技术(分析时所需样品量少)； ③是一种痕量分析方法(绝对灵敏度高)． 但x射线光电子能谱分析相对灵敏度不高； 价格昂贵，不便于普及。
§13.1 俄歇电子能谱法
2．定量பைடு நூலகம்析
相对灵敏度因子法是常用的定量分析方法，
§13.1 俄歇电子能谱法
四、俄歇电子能谱法的应用 1、特点： ①信息深度取决于俄歇电子逸出深度(电子平均自由程)。 ②可分析除H、He以外的各种元素。 ③对于轻元素C、N、S、P等有较高的分析灵敏度。 ④可进行成分的深度剖析或薄膜及界面分析。 2、应用： ①材料表面偏析、表面杂质分布、晶界元素分析； ②金属、半导体、复合材料等界面研究； ③薄膜、多层膜生长机理的研究； ④表面的力学性质研究； ⑤表面化学过程研究； ⑥集成电路掺杂的三维微区分析； ⑦固体表面吸附、清洁度、沾染物鉴定等。 3、局限性： ①不能分析氢和氦元素； ②定量分析的准确度不高； ③对多数元素的探测灵敏度为原子摩尔分数0.1％-1.0％； ④电子束轰击损伤和电荷积累问题， 限制其在有机材料、生物样品和某些陶瓷材料中的应用； ⑤对样品要求高，表面必须清洁(最好光滑)等。
能谱分析
1．俄歇电子产额
K
俄歇电子产额或俄歇跃迁几率 决定俄歇谱峰强度，直接关系 到元素的定量分析。俄歇电子 与特征X射线是两个互相关联和 竞争的发射过程。对同一K层空 穴，退激发过程中荧光X射线与 俄歇电子的相对发射几率，即 图13-1 俄歇电子产额与原子序数的关系 荧光产额(K)和俄歇电子产额 由图可知，对于K层空穴Z<19，发射俄歇 ( K )满足 电子的几率在90％以上；随Z的增加，X射 =1－K (13-1)
图13-5 俄歇电子能量图
主要俄歇峰的能量用空心 圆圈表示， 实心圆圈代表每个元素的 强峰
定性分析的一般步骤：
(1)利用“主要俄歇电子能量图”，确定实测谱中最强峰可能对应的几 种(一般为2、3种)元素； (2)实测谱与可能的几种元素的标淮谱对照，确定最强峰对应元素的所 有峰； (3)反复重复上述步骤识别实测谱中尚未标识的其余峰。 注意：化学环境对俄歇谱的影响造成定性分析的困难(但又为研究样 品表面状况提供了有益的信息)，应注意识别。
图2-8 Ag的光电子能谱图 （Mg K激发）
二、X射线光电子能谱仪
主要组成部分：X光源(激发源)， 样品室，电子能量分析器和信 息放大、记录(显示)系统等组 成。
图13-9 (X射线)光电子能谱仪方框图
三、X射线光电子能分析与应用
1．元素(及其化学状态)定性分析 方法：以实测光电子谱图与标准谱图相对照，根据元素特征峰位置 (及其化学位移)确定样品(固态样品表面)中存在哪些元素(及这些元素 存在于何种化合物中)。 常用Perkin-Elmer公司的X射线光电子谱手册 定性分析原则上可以鉴定除氢、氦以外的所有元素。 分析时首先通过对样品(在整个光电子能量范围)进行全扫描，以确定 样品中存在的元素；然后再对所选择的峰峰进行窄扫描，以确定化学 状态。
第6章 俄歇电子能谱学
第6章．俄歇电子能谱
6.1 基本原理 6.2 基本装置与实验方法 6.2.1 基本装置 AES的仪器主要包括以下几部分： AES的仪器主要包括以下几部分： 作为一次电子束源的电子枪， 作为一次电子束源的电子枪， 分析二次电子能量的电子能谱仪， 分析二次电子能量的电子能谱仪， 二次电子成像用的二次电子探测器， 二次电子成像用的二次电子探测器， 样品操作台， 样品操作台， 使样品表面溅射剥离的离子枪 10-8Pa的超高真空。 Pa的超高真空。 有的设备在真空系统中还配备有样品的 原位断裂附件， 薄膜蒸发沉积装置 ， 原位断裂附件 ， 薄膜蒸发沉积装置， 或 是样品的加热或致冷台， 是样品的加热或致冷台 ， 以便进行高温 研究或用低温维持样品表面的低蒸气压。 研究或用低温维持样品表面的低蒸气压 。 如图6 如图6.2.1所示。 所示。
∫0 I ( x )dx = I0λ
就是说，厚靶等效于只有λ 就是说，厚靶等效于只有λ厚的靶，这也即是逃逸深度的含义。
∞
第6章．俄歇电子能谱
6.1 基本原理 6.1.1 俄歇电子发射 6.1.2 俄歇电子能量 6.1.3 俄歇电子产额 6.1.4 俄歇电子能谱 6.1.5 电子逃逸深度 逃逸深度λ与入射粒子无关，是 逃逸深度λ与入射粒子无关，是 出射电子能量的函数。实验上用 在衬底上沉积不同厚度异质薄膜 的方法来测定，得到了一系列元 素俄歇电子的λ 素俄歇电子的λ，与其他方法测得 的电子平均自由程结果一致。 图6.1.7绘出电子逃逸深度与动能 6.1.7绘出电子逃逸深度与动能 的关系曲线。
第6章．俄歇电子能谱
6.1 基本原理 6.1.1 俄歇电子发射 6.1.2 俄歇电子能量 6.1.3 俄歇电子产额 6.1.4 俄歇电子能谱
图 6.1.5 表示用能量为 1 keV的一 表示用能量为1 keV 的一 次电子束所激发的纯银样品的电 子能谱。 子能谱。
电子在原子中的能量和状态常用量子数来进行描述
10-3到10-4.
6.56 1018 N (BE)2
1 x
x
1
3
/
2
x 1
1
2 3
1
1 2x
ln[2.7
(
x
1)1/
2
]
x Ep / BE
光电离与电子电离比较
光电离：
1. 光 子 转 移 全 部 能 量 给 电 子，自身湮灭，单电子 过程
用，易产生多次电离 5. 二次电子多 6. 对样品的破坏、损伤大 7. 易会聚，分析面积小
2.3、光电效应(Photoelectric Effect)
原子中的电子被束缚在不同的量子化能级上。
原子吸收一个能量为h的光子后可引起有n个电子的系统的激发，从初 态-能量Ei(n)跃迁到终态离子-能量Ef(n-1,k)，再发射出一动能为EK的自 由光电子，k 标志电子发射的能级。
光电子的输运（光电子自产生处向物质表面输 运）
光电子的逸出（克服表面功函数而发射到物质 外的真空中去）
2.4、俄歇效应(Auger Effect)
俄歇过程是法国科学家Pierre Auger首先发现的。1922年俄 歇完成大学学习后加入物理化学实验室在其准备光电效应 论文实验时首先发现这一现象，几个月后，于1923年他发
俄歇过程
俄歇过程及表示
处于基态的原子若用光子或电子冲击激发使内层电子电离后，就在原 子的芯能级上产生一个空穴。这种情形从能量上看是不稳定的，它将 自发跃迁到能量较低的状态 — 退激发过程。
一种退可能的激发过程通过原子内部的转换过程把能量交给较外层的 另一电子，使它克服结合能而向外发射—非辐射退激发过程(Auger过 程)。例如K空穴被高能态L1的一个电子填充。剩余的能量(EK-EL1)用于 释放出另一轨道上的一个电子，即俄歇电子。
俄歇电子能谱
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.3 俄歇电子能谱分析法的应用
3.5.3.1 定性分析
俄歇电子能谱的定性分析是一种最常规的分析方法 定性分析的任务是根据测得的微分谱上负峰位置识别 元素，方法是与标准谱图对比，工具是有标准谱图的 手册，如PE公司的“俄歇电子谱手册”（L. E. Davis 等编），在这本手册里，有每一种元素的标准谱图及 主要俄歇电子能量图。
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.3 俄歇电子能谱分析法的应用
3.5.3.3 化学态分析
2、峰形分析也可以用于元素化学价态分析
当俄歇跃迁涉及到价电子能带时，不 仅峰的位置会变化，而且由于新化学 键形成时原子外层电子重排，谱峰的 形状也会变化。
氧化程度不同，不仅使俄歇电子峰 位移了几个电子伏，而且在 40 eV 处还发生了峰的分裂
＆3.5 俄歇电子能谱(AES)
3.5.3 俄歇电子能谱分析法的应用
3.5.3.1 定性分析
一般定性分析步骤如下： 1 、首先把注意力集中在最强的俄歇峰上。利用“主要俄歇电子能量图”， 把对应于此峰的可能元素降低到 2~3种。然后用这几种可能元素的标准谱 进行对比分析，确定元素种类。考虑到元素化学状态不同所产生的化学位 移，测得的峰的能量与标准谱上的峰的能量相差几个电子伏特是很正常的。 2、在确定主峰元素后，利用标准谱图，在俄歇电子能谱图上标注所有属于 此元素的峰。 3、重复1和2的过程，去标识更弱的峰。
3.5.3.4 元素深度剖析
从图上可以清晰地看到各元 素在薄膜中的分布情况。 在经过界面反应后，在 PZT 薄膜与硅基底间形成了稳定 的SiO2界面层。这界面层是 通过从样品表面扩散进的氧 与从基底上扩散出的硅反应 而形成的
第十五讲 电子能谱分析法
第三节 红外吸收光谱法
红外光谱的形成 当用一束具有连续波长的红外光照射一物 质时，该物质就要吸收一部分光能，并将 其变为另一种能量，即分子的振动能量和 转动能量。若将其透过的光用单色器进行 色散，就可以得到一带暗条的谱带。如果 以波长或波数为横坐标，以吸光度或透过 率为纵坐标，把这谱带记录下来，就得到 了该物质的红外（吸收）光谱图。
谱峰分裂
能谱峰分裂有多重态分裂与 自旋-轨道分裂等。 如果原子、分子或离子价(壳) 层有未成对电子存在，则内 层芯能级电离后会发生能级 分裂从而导致光电子谱峰分 裂，称之为多重分裂。 图13-8所示为O2分子X射线 光电子谱多重分裂。电离前 O2分子价壳层有两个未成对 电子，内层能级(O1s)电离后 谱峰发生分裂(即多重分裂)， 分裂间隔为1.1eV。
化学位移示例
图13-2 Mo(110)面俄歇能谱
伴
峰
由于俄歇电子逸出固体表面时，有可能产 生不连续的能量损失，从而造成在主峰的 低能端产生伴峰的现象。 如：入射电子引起样品内壳层电子电离而 产生伴峰(称为电离损失峰)；又如：入射电 子激发样品(表面)中结合较弱的价电子产生 类似等离子体振荡的作用而损失能量，形 成伴峰(称等离子体伴峰)等。
图2-11 俄歇电子能谱示例 (银原子的俄歇能谱)
3．化学位移与伴峰
原子“化学环境”变化，不仅可能引起俄歇峰的位移(称 化学位移)，也可能引起其强度的变化，这两种变化的交 叠，则将引起俄歇峰(图)形状的改变。 原子“化学环境”指原子的价态或在形成化合物时，与该 (元素)原子相结合的其它(元素)原子的电负性等情况 如：原子发生电荷转移(如价态变化)引起内层能级变化， 从而改变俄歇跃迁能量，导致俄歇峰位移； 又如：不仅引起价电子的变化(导致俄歇峰位移)，还造成 新的化学键(或带结构)形成以致电子重新排布的化学环境 改变，将导致谱图形状的改变(称为价电子谱)等。
红外光谱的形成 当用一束具有连续波长的红外光照射一物 质时，该物质就要吸收一部分光能，并将 其变为另一种能量，即分子的振动能量和 转动能量。若将其透过的光用单色器进行 色散，就可以得到一带暗条的谱带。如果 以波长或波数为横坐标，以吸光度或透过 率为纵坐标，把这谱带记录下来，就得到 了该物质的红外（吸收）光谱图。
谱峰分裂
能谱峰分裂有多重态分裂与 自旋-轨道分裂等。 如果原子、分子或离子价(壳) 层有未成对电子存在，则内 层芯能级电离后会发生能级 分裂从而导致光电子谱峰分 裂，称之为多重分裂。 图13-8所示为O2分子X射线 光电子谱多重分裂。电离前 O2分子价壳层有两个未成对 电子，内层能级(O1s)电离后 谱峰发生分裂(即多重分裂)， 分裂间隔为1.1eV。
化学位移示例
图13-2 Mo(110)面俄歇能谱
伴
峰
由于俄歇电子逸出固体表面时，有可能产 生不连续的能量损失，从而造成在主峰的 低能端产生伴峰的现象。 如：入射电子引起样品内壳层电子电离而 产生伴峰(称为电离损失峰)；又如：入射电 子激发样品(表面)中结合较弱的价电子产生 类似等离子体振荡的作用而损失能量，形 成伴峰(称等离子体伴峰)等。
图2-11 俄歇电子能谱示例 (银原子的俄歇能谱)
3．化学位移与伴峰
原子“化学环境”变化，不仅可能引起俄歇峰的位移(称 化学位移)，也可能引起其强度的变化，这两种变化的交 叠，则将引起俄歇峰(图)形状的改变。 原子“化学环境”指原子的价态或在形成化合物时，与该 (元素)原子相结合的其它(元素)原子的电负性等情况 如：原子发生电荷转移(如价态变化)引起内层能级变化， 从而改变俄歇跃迁能量，导致俄歇峰位移； 又如：不仅引起价电子的变化(导致俄歇峰位移)，还造成 新的化学键(或带结构)形成以致电子重新排布的化学环境 改变，将导致谱图形状的改变(称为价电子谱)等。
电子能谱课件
600 500 400 300 200 100 0 Binding Energy [eV]
Al 2s Al 2p
计数 / 任意单位
PZT薄膜中碳的化学价态谱
有机碳 285.0 eV 60 min 40 min 20 min
Surface
288 286 284 282 结合能 / eV
金属碳化物 280.8 eV
2.3
4.6
Mg → MgO 0.4 6.4
Ag →Ag2SO4 0.2 4.0
In →In2O3 0.5 3.6
XPS的定性分析
不同元素、不同价态的电子结合能有其固定值， 根据所测得的谱峰（主峰）位置，对照《X射线光电 子能谱手册》，可确定试样表面含有哪些元素，以及 这些元素存在于什么化合物中（元素的化学状态）。
不同氧化态（价态） W的4f电子有不同 的结合能， W氧化 为氧化钨后，W的 4f结合能变大。
俄歇线也有化学位移，而且与光电子线的位移方向 一致。有时候光电子线位移不明显时，可以利用俄歇线 位移，分析元素的化学状态。
状态变化
光电子位移/eV 俄歇线位移/eV
Cu→Cu2O Zn → ZnO
0.1
0.8
Ni 2p Cr 2p metal
40
O 1s
20
Si 2p
0
0
Sputter Depth (nm)
185
Kratos AXis Ultra （DLD）
多功能光电子能谱仪（测试中心） 性能指标：能量分辨率：0.48eV，成像空间分辨率：
3微米，最小分析区域：15微米 主要附件：AES、SEM、SAM、UPS、ISS
谱峰（主峰）：即光电子线，反映不同 轨道上电子的结合能或电子动能；
Al 2s Al 2p
计数 / 任意单位
PZT薄膜中碳的化学价态谱
有机碳 285.0 eV 60 min 40 min 20 min
Surface
288 286 284 282 结合能 / eV
金属碳化物 280.8 eV
2.3
4.6
Mg → MgO 0.4 6.4
Ag →Ag2SO4 0.2 4.0
In →In2O3 0.5 3.6
XPS的定性分析
不同元素、不同价态的电子结合能有其固定值， 根据所测得的谱峰（主峰）位置，对照《X射线光电 子能谱手册》，可确定试样表面含有哪些元素，以及 这些元素存在于什么化合物中（元素的化学状态）。
不同氧化态（价态） W的4f电子有不同 的结合能， W氧化 为氧化钨后，W的 4f结合能变大。
俄歇线也有化学位移，而且与光电子线的位移方向 一致。有时候光电子线位移不明显时，可以利用俄歇线 位移，分析元素的化学状态。
状态变化
光电子位移/eV 俄歇线位移/eV
Cu→Cu2O Zn → ZnO
0.1
0.8
Ni 2p Cr 2p metal
40
O 1s
20
Si 2p
0
0
Sputter Depth (nm)
185
Kratos AXis Ultra （DLD）
多功能光电子能谱仪（测试中心） 性能指标：能量分辨率：0.48eV，成像空间分辨率：
3微米，最小分析区域：15微米 主要附件：AES、SEM、SAM、UPS、ISS
谱峰（主峰）：即光电子线，反映不同 轨道上电子的结合能或电子动能；