71_电子能谱分析.pptx

电子能谱分析;固体表面的化学组成和体内不完全相同，甚至完全不同，造成这种差别的原因主要有：

★ 表面原子（或离子）化学键部分断裂（悬挂键），能量状态与体内不同；

★ 外来物在表面的吸附、污染；

★ 表面的氧化、腐蚀和摩擦；

★ 人为加工的表面，如离子注入、钝化和各种涂层。

因此，在实际应用中，人们要对材料和器件工作表面的宏观性能做出正确的评价与理解，首先必须对各种条件下表面的化学组成和化学状态进行定性和定量的测定和分析。; 固体表面状态，包括表面成分、结构、配位、化学键性、能带、电子态等等，对材料的许多物性以及相关的应用和理论都有非常重要的意义。

人们早就十分关注固体表面问题，但一直受到实验手段的局限，主要是缺乏在原子水平表征、研究材料成分、结构、状态和性能的直接手段。

电子能谱主要用于研究≤2-5nm尺度的表面成分与状态。;什么是电子能谱分析法？;第一章 X射线光电子能谱;1.1.1信息产生

信息的产生是基于能量为h 的光子与物质原子中的电子产生非弹性散射的过程。当一个h 光子将其能量传递给原子中某一壳层上受束缚

电子，且当h 大于（能克服）该电子结合能Eb(bindingenergy,BE)，则可将其激发电离为二次电子，并以一定动能EK(kineticenergy,EK)逸出，可见信息产生是基于爱因斯坦光电效应。;入射光子h 与原子的某一内层电子产生非弹性散射时，其h 能量将消耗于以下几部分：;由上述讨论可见：

当M>>m时，只要选择合适光束源，使光子能量h;为方便测试，对逸出功 s采用如下方法处理（谱仪逸出功 sp代替试样逸出功 s：

把试样放置在金属试样架上，并与仪器（谱仪）紧密连接和良好接地；

由固体物理理论可知，由于试样与仪器同时接地，处于等电位状态，试样和谱仪（壳材料）的费米面拉平；

此时，忽略Er，则试样和谱仪壳材两者分别有以下能量关系：谱仪逸出功 sp代替试样逸出功 s：;EK;1.1.3逸出深度;1.1.4信息产生几率与灵敏度;对于Z=1~12的轻元素，其1s电子的激发几率除与轨道半径平方成反比外，还与核电荷（Z）的三次方成正比，即随Z增加，激发几率迅速增大；;1.1.5XPS谱线的自然宽度和分辨率;XPS法另一大特点：XPS峰能量分辨率随原子序数增加变得

更好，说明XPS对轻、重元素的分析都适

合。;XPS中代表特征指标的参数有两种：一种是电子结合能Eb；另一种是光电子动能EK，两种谱图表示的能量变化方向刚好相反。

元素的特征峰：能谱中表征样品芯层电子结合能的一系列光电子谱峰。;自旋-轨道分裂;自旋-轨道偶合分裂（XPS谱图中较明显）谱线有：

p轨道的p3/2sp1/2， d轨道的d5/2sd3/2， f轨道的f7/2sf5/2；

光电子特征峰;化学位移;物理位移;1.1.7 光电子特征峰伴峰;1.1.8非导电样品的荷电校正;克服校正荷电效应的方法：;1.2 X射线光电子能谱仪;电子枪;XPS大多采用半球形静电式能量分析器;1.3X射线光电子能谱分析与应用;宽范围扫描;X射线光电子标准谱图示例;Cr、Fe合金活塞环表面涂层X射线光电子能谱分析表明，该涂层是碳氟材料。;1.3.2定量分析;铜导线表面不同颜色区XPS分析;1.3.3化学结构分析;1.3.4在固体研究方面的应用;无机材料常用制样方法：

溶剂清洗或长时间抽真空，以去除表面污垢；

氩离子刻蚀；

擦磨、刮剥和研磨；

真空加热

有机材料常用制样方法：

压片法；

溶解法；

研压法。;第二章俄歇电子能谱;2.1基本原理;WiXpYq(i,p,q为次壳层标记其中Wi——初始空位

Wp——驰豫电子空位Yq——终态空位; Auger电子能谱手册中给出了各种原子不同系列的Auger峰位置。

每种元素的各种Auger电子的能量是识别该元素的重要依据。;① 对于Z≤14的元素，采用KLL俄歇电子分析；

② 14<Z<42的元素，采用LMM俄歇电子较合适；

③ Z>42时，以采用MNN和MNO俄歇电子为佳。

俄歇电子的激发方式虽然有多种（如X射线、电子束等），但通常主要采用一次电子激发。

因为电子便于产生高束流，容易聚焦和偏转。俄歇电子的能量和入射电子的能量无关，只依赖于原子的能级结构和俄歇电子发射前它所处的能级位置。;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，即荧光产额(ωK)和俄歇电;·为什么说俄歇电子能谱分析是一种表面分析方法且空间分辨率高？;2.1.3直接谱与微分谱;2.1.4化学位移与伴峰; 金属Ni的MVV俄歇电子动能为61.7eV;

NiO中