X射线光电子能谱课稿.ppt

X射线光电子能谱基础知识讲座 中国科学院化学研究所 刘芬 2005.10.21 讲座目的 X射线光电子能谱能解决什么问题？ 　　X射线光电子能谱怎样识别？ 　　X射线光电子能谱要注意那些问题？ 内容 　　１　基本原理及谱的认识 　　２　定性、定量分析和深度分析 　　３　实验时应注意的问题 １　基本原理及谱的认识 1.1　概述 1.2 基本原理 1.3 谱的认识 1.4 非导电样品的荷电校正 1.1　概述 X射线光电子能谱( XPS ) X-ray Photoelectron Spectroscopy 化学分析电子能谱( ESCA ) Electron Spectroscopy for Chemical Analysis ——表面元素化学成分和元素化学态分析 　　的分析技术 1.1　概述 第一本论著 　 1967年 K. Siegbahn等著 1980年K. Siegbahn获诺贝尔物理奖 商品化仪器 　七十年代中 是一门比较新的谱学 优点及特点 ： ⑴固体样品用量小，不需要进行样品前处理，从而避免了引入或丢失元素所造成的误分析 ⑵表面灵敏度高，一般信息深度?10nm ⑶分析速度快，可多元素同时测定 ⑷可以给出原子序数3-92的元素信息，以获得元素 成分分析 ⑸可以给出元素化学态信息，进而可以分析出元素 的化学态或官能团 ⑹样品不受导体、半导体、绝缘体的限制等 ⑺是非破坏性分析方法。结合离子溅射，可作深度 剖析 应用范围 ?各种复合材料表面分析及界面分析 ?各种固体材料表面的成分分析及元素化学态分析 ?各种薄膜表面与界面分析 ?器件、产品质量分析及剖析 ?金属氧化与腐蚀 ?各种固体表面化学问题的测定,等等。 1.2 基本原理 　　　用一束具有一定能量的X射线照射固体样品，入射光子同样品相互作用，光子被吸收而将其能量转移给原子的某一壳层上被束缚的电子，此时电子把所得能量的一部分用来克服结合能和功函数，余下的能量作为它的动能而发射出来，成为光电子，这个过程就是光电效应。 光电过程示意图 ? ? 外壳层 ? ? ? ? ? ? ? ? 内壳层 Ek = h?－Eb－? 1.2 基本原理 XPS方法的基础是爱因斯坦光电定律，对于自由分子 和原子，应有 Ek = h?－Eb－? 式中 h? ――入射光子能量（已知值） Ek ――光电过程中发射的光电子的动能（测定值） Eb ――内壳层束缚电子的结合能（计算值） ?――谱仪的功函数（已知值） 基本概念 结合能(Binding Energy) -----原子能级中电子的结合能, 其值等于把电子从所在的能级转移到Fermi能级时所需的能量 化学位移(Chemical shift) -----原子的内壳层电子结合能随原子周围化学环境变化的现象 X射线光电子能谱仪的基本构造 ESCALab220i-XL型光电子能谱仪 元素定性分析 在能谱图中出 现特征谱线.我 们可以根据这 些谱峰的位置（结合能） 来鉴定元素的 种类 元素化学态分析 对同一元 素，当化 学环境不 同时，谱 峰出现化 学位移 　X射线光电子能谱谱线强度反映原子的含量或相对浓度。测定谱线强度便可进行定量分析。 X射线光电子能谱可分析除氢、氦以外的所有元素，测量深度为几埃到几十埃，对多组分样品，元素的检测限为0.1％（原子分数）。 1.3 谱的认识 1.3.1 光电子特征峰 ?s壳层不发生自旋分裂 谱图上是单峰 ? p,d,f壳层分裂成两个能级 在谱图上出现双峰. 　　　　　　　　　　　　 两峰的面积比一般为 　　　　　　　　　　　　　　 2p1/2 ? 2p3/2 = 1 ? 2 　　　　　　　　　　　　　　 3d3/2 ? 3d5/2 = 2 ? 3