X射线光电子能谱仪
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发布于：2023-12-15
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- X射线光电子能谱仪
- X-射线光电子能谱仪，是一种表面分析技术，主要用来表征材料表面元素及其化学状态。其基本原理是使用X-射线，如Al Ka =1486.6eV，与样品表面相互作用，利用光电效应，激发样品表面发射光电子，利用能量分析器，测量光电子动能(K.E)，根据B.E=hv-K.E-W.F，进而得到激发电子的结合能（B.E）。
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- X射线光电子能谱仪的主要功能及应用范围：
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- XPS：固体样品的表面组成分析，化学状态分析，取样讯息深度为～10nm以内. 功能包括:
- 1. 表面定性与定量分析. 可得到小於10um 空间分辨率的X射线光电子能谱的全谱资讯。
- 2. 维持10um以下的空间分辨率元素成分包括化学态的深度分析（角分辨方式,,氩离子或团簇离子刻蚀方式）
- 3. 线扫描或面扫描以得到线或面上的元素或化学态分布。
- 4. 成像功能。
- 5. 可进行样品的原位处理 AES：1.可进行样品表面的微区选点分析（包括点分析，线分析和面分析） 2.可进行深度分析适合： 纳米薄膜材料，微电子材料，催化剂，摩擦化学，高分子材料的表面和界面研究。
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- X射线光电子能谱分析的基本原理：
- 用X射线照射固体时，由于光电效应，原子的某一能级的电子被击出物体之外，此电子称为光电子。
- 如果X射线光子的能量为hν，电子在该能级上的结合能为Eb，射出固体后的动能为Ec，则它们之间的关系为： hν=Eb+Ec+Ws 式中Ws为功函数，它表示固体中的束缚电子除克服各别原子核对它的吸引外，还必须克服整个晶体对它的吸引才能逸出样品表面，即电子逸出表面所做的功。上式可另表示为： Eb＝hν-Ec-Ws 可见，当入射X射线能量一定后，若测出功函数和电子的动能，即可求出电子的结合能。由于只有表面处的光电子才能从固体中逸出，因而测得的电子结合能必然反应了表面化学成份的情况。这正是光电子能谱仪的基本测试原理。
X射线光电子能谱分析的特点:
- 当用电子束激发时，如用AES法，必须使用超真空，以防止样品上形成碳的沉积物而掩盖被测表面。X射线比较柔和的特性使我们有可能在中等真空程度下对表面观察若干小时而不会影响测试结果。此外，化学位移效应也是XPS法不同于其它方法的另一特点，即采用直观的化学认识即可解释XPS中的化学位移，相比之下，在AES中解释起来就困难的多。XPS能在不太的真空度下进行表面分析研究，这是其它方法都做不到的。
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- XPS：能量分辨率：对Ag3d5/2峰，半峰宽（FWHM）≤0.48eV； 最小获谱束斑≤5µm，无光阑遮挡, X-射线功率小于1.3W，可采谱，成像和深度剖析
- UPS （紫外光源）主要应用：价带谱，功函数测试；
- 能量分辨率： ≤0.45eV( 标准多晶银样品)
- 样品要求：xps固体样品都可以，粉末没有要求，片状样品厚度不能超过3mm,大小不能超过10*10mm,UPS样品必须导电，粉末样品必须压片。
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