材料研究分析方法XPS.ppt

XPSXPS 表面分析技术表面分析技术 在材料研究中的应用在材料研究中的应用1 1精选课件精选课件主要内容主要内容1.1.表面分析技术表面分析技术2.2.XPSXPS分析简介分析简介3.3.XPSXPS测试设备与分析测试设备与分析4.4.XPSXPS的应用研究实例的应用研究实例2 2精选课件精选课件表面分析技术表面分析技术 n n表面分析技术的应用涉及半导体、催化、冶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、渗金、腐蚀、涂层、粘合、聚合物、注入、渗杂等杂等;n n表面分析技术是研究物质表面的形貌、化学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组成、原子结构、原子态等信息的实验技术;n n表面分析技术通过研究微观粒子与表面的相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互作用获得表面信息;n n按所获得的信息分类，可分为组分分析、结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。构分析、形貌分析等。3 3精选课件精选课件表面分析的主要手段表面分析的主要手段1.1.1.1.XPS-XXPS-X射线光电子能谱仪射线光电子能谱仪2.2.2.2.UPS-UPS-紫外光电子能谱仪紫外光电子能谱仪3.3.3.3.AES-AES-俄歇电子能谱仪俄歇电子能谱仪4.4.4.4.SIMS-SIMS-二次离子质谱二次离子质谱5.5.5.5.EELS-EELS-电子能量损失谱电子能量损失谱6.6.6.6.AFM-AFM-原子力显微镜原子力显微镜7.7.7.7.STM-STM-扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜 4 4精选课件精选课件 XPSXPS分析简介分析简介n n1914191419141914年曼彻斯特的年曼彻斯特的年曼彻斯特的年曼彻斯特的RutherfordRutherfordRutherfordRutherford表述了表述了表述了表述了XPSXPSXPSXPS基本方程：基本方程：基本方程：基本方程：E E E Ek k k k=h=h=h=h -E E E Eb b b b-式中，式中，式中，式中，E E E Ek k k k为光电子动能，为光电子动能，为光电子动能，为光电子动能，h h h h 为激发光能量，为激发光能量，为激发光能量，为激发光能量，E E E Eb b b b是固是固是固是固体中电子结合能，体中电子结合能，体中电子结合能，体中电子结合能，为逸出功。为逸出功。为逸出功。为逸出功。n n2O2O2O2O世纪世纪世纪世纪4O4O4O4O年代瑞典年代瑞典年代瑞典年代瑞典UppsalaUppsalaUppsalaUppsala大学在大学在大学在大学在-射线谱取得重大进射线谱取得重大进射线谱取得重大进射线谱取得重大进展，展，展，展，K.SiegbahnK.SiegbahnK.SiegbahnK.Siegbahn建造了一台能测量电子动能的建造了一台能测量电子动能的建造了一台能测量电子动能的建造了一台能测量电子动能的XPSXPSXPSXPS仪器仪器仪器仪器,其鉴别能力达其鉴别能力达其鉴别能力达其鉴别能力达1O1O1O1O-15-15-15-15。n n1954195419541954年，动能年，动能年，动能年，动能E E E Ek k k k首次被准确地测量首次被准确地测量首次被准确地测量首次被准确地测量,从而得到结合能从而得到结合能从而得到结合能从而得到结合能E E E Eb b b b 。不久因化学状态变化而产生的内能级位移也被观测到。不久因化学状态变化而产生的内能级位移也被观测到。不久因化学状态变化而产生的内能级位移也被观测到。不久因化学状态变化而产生的内能级位移也被观测到。即所谓的即所谓的即所谓的即所谓的化学位移现象。化学位移现象。化学位移现象。化学位移现象。基于基于基于基于XPSXPSXPSXPS这种化学状态分析能这种化学状态分析能这种化学状态分析能这种化学状态分析能力，力，力，力，K.SiegbahnK.SiegbahnK.SiegbahnK.Siegbahn取名为取名为取名为取名为ESCAESCAESCAESCA其全称为其全称为其全称为其全称为Electron Electron Electron Electron Spectroscopy for Chemical AnalysisSpectroscopy for Chemical AnalysisSpectroscopy for Chemical AnalysisSpectroscopy for Chemical Analysis，即化学分析电，即化学分析电，即化学分析电，即化学分析电子谱。子谱。子谱。子谱。n nK.SiegbahnK.SiegbahnK.SiegbahnK.Siegbahn因为这些工作，获因为这些工作，获因为这些工作，获因为这些工作，获1981198119811981年物理学诺贝尔奖。年物理学诺贝尔奖。年物理学诺贝尔奖。年物理学诺贝尔奖。5 5精选课件精选课件XPSXPS测试设备与分析测试设备与分析 XPSXPS主要测试设备主要测试设备n n美国美国PHi5000PHi5000糸列，及糸列，及Qutum2000Qutum2000糸列糸列n n英国英国VGVG公司公司ESCALAB2000ESCALAB2000糸列及糸列及KratosKratos公司公司的的XSAN800XSAN800糸列糸列n n曰本岛津曰本岛津ESCA-850ESCA-850糸列糸列6 6精选课件精选课件XPSXPS测试设备与分析测试设备与分析n n在单色（或准单色）在单色（或准单色）X X射线照射下，测量材射线照射下，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种表面分析技术称为X X射线光电子能谱射线光电子能谱（XPSXPS）。）。n nXPSXPS由由X-rayX-ray激发源、样品室、能量分析器、激发源、样品室、能量分析器、PSDPSD位置灵敏探测器和数据处理系统及超高位置灵敏探测器和数据处理系统及超高真空系统等组成真空系统等组成。7 7精选课件精选课件XPSXPS总图总图8 8精选课件精选课件9 9精选课件精选课件样样品品室室1010精选课件精选课件样品分析室的真空度要求样品分析室的真空度要求n n真空度真空度真空度真空度:10:10:10:10-6-6-6-6PaPaPaPa10101010-7-7-7-7 Pa Pa Pa Pan n研究固体的表面比研究固体内部还有更大的困难，原因之一研究固体的表面比研究固体内部还有更大的困难，原因之一研究固体的表面比研究固体内部还有更大的困难，原因之一研究固体的表面比研究固体内部还有更大的困难，原因之一是固体的表面和固体内部相比是固体的表面和固体内部相比是固体的表面和固体内部相比是固体的表面和固体内部相比,它们在结构、电学和化学性它们在结构、电学和化学性它们在结构、电学和化学性它们在结构、电学和化学性质等方面很不相同。另一个原因是需要提供一个原子数量级质等方面很不相同。另一个原因是需要提供一个原子数量级质等方面很不相同。另一个原因是需要提供一个原子数量级质等方面很不相同。另一个原因是需要提供一个原子数量级的纯洁表面的纯洁表面的纯洁表面的纯洁表面,并能在一定时间内保持这个表面的清洁性并能在一定时间内保持这个表面的清洁性并能在一定时间内保持这个表面的清洁性并能在一定时间内保持这个表面的清洁性;n nX X X X射线激发产生的光电子，只有在超高真空内，才能被能量射线激发产生的光电子，只有在超高真空内，才能被能量射线激发产生的光电子，只有在超高真空内，才能被能量射线激发产生的光电子，只有在超高真空内，才能被能量分析器检测到，分析器检测到，分析器检测到，分析器检测到，XPSXPSXPSXPS测试过程需要一个超高真空系统测试过程需要一个超高真空系统测试过程需要一个超高真空系统测试过程需要一个超高真空系统;n n超高真空系统超高真空系统超高真空系统超高真空系统:由机械泵由机械泵由机械泵由机械泵-涡轮分子泵涡轮分子泵涡轮分子泵涡轮分子泵-溅射离子泵溅射离子泵溅射离子泵溅射离子泵-钛升华泵钛升华泵钛升华泵钛升华泵组成。组成。组成。组成。1111精选课件精选课件能量分析器能量分析器 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。1212精选课件精选课件X-rayX-ray源源1313精选课件精选课件X-rayX-ray激发源激发源:X X射线光电子能谱的射线光电子能谱的X X射线源主要由灯丝、射线源主要由灯丝、阳极靶以及滤窗组成。阳极靶以及滤窗组成。X X射线采用软射线采用软X X射线，即波射线，即波长较长的光波。一般采用镁铝双阳极靶。长较长的光波。一般采用镁铝双阳极靶。n nMgKXMgKX射线能量射线能量1253.6eV1253.6eVn nA1KXA1KX射线能量射线能量1486.6eV1486.6eVn n激发源功率：激发源功率：200W200W400W400W1414精选课件精选课件X-rayX-ray激发源结构激发源结构图图1515精选课件精选课件进进样样室室1616精选课件精选课件观观察察显显微微镜镜1717精选课件精选课件样样品品调调整整台台1818精选课件精选课件工工作作示示意意图图 E k=h-E b-式中E k为光电子动能，h 为激发光能量，E b是固体中电子结合能，为逸出功 1919精选课件精选课件XPSXPS提供的测量信息提供的测量信息 n n元素：元素：元素：元素：XPSXPSXPSXPS能检测除能检测除能检测除能检测除H H H H以外的所有元素，检测限以外的所有元素，检测限以外的所有元素，检测限以外的所有元素，检测限0.1%atom0.1%atom0.1%atom0.1%atom原子原子原子原子浓度。浓度。浓度。浓度。(原子浓度和实际材料配比的摩尔数相当原子浓度和实际材料配比的摩尔数相当原子浓度和实际材料配比的摩尔数相当原子浓度和实际材料配比的摩尔数相当,在我们日常的在我们日常的在我们日常的在我们日常的检测限检测限检测限检测限:1%-3%):1%-3%):1%-3%):1%-3%)n n化学状态：根据化学状态：根据化学状态：根据化学状态：根据XPSXPSXPSXPS测试的结合能大小、峰形、俄歇参数分析测试的结合能大小、峰形、俄歇参数分析测试的结合能大小、峰形、俄歇参数分析测试的结合能大小、峰形、俄歇参数分析材料表面化学状态、化学位移、化学结构。材料表面化学状态、化学位移、化学结构。材料表面化学状态、化学位移、化学结构。材料表面化学状态、化学位移、化学结构。n n定量：根据元素的峰面积、峰高和相应的元素灵敏度因子，可定量：根据元素的峰面积、峰高和相应的元素灵敏度因子，可定量：根据元素的峰面积、峰高和相应的元素灵敏度因子，可定量：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。比。比。比。n n深度：深度：深度：深度：(1)(1)(1)(1)用用用用ArArArAr+离子溅射材料表面作深度分析，但离子溅射材料表面作深度分析，但离子溅射材料表面作深度分析，但离子溅射材料表面作深度分析，但ArArArAr+离子对材离子对材离子对材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。的不同，引起表面的成份变化。的不同，引起表面的成份变化。的不同，引起表面的成份变化。(2)(2)(2)(2)用角分辨深度分析，对表用角分辨深度分析，对表用角分辨深度分析，对表用角分辨深度分析，对表面无损伤。依据激发射线和样品表面的夹角来分析。缺点是分面无损伤。依据激发射线和样品表面的夹角来分析。缺点是分面无损伤。依据激发射线和样品表面的夹角来分析。缺点是分面无损伤。依据激发射线和样品表面的夹角来分析。缺点是分析深度变化在几十个纳米范围内。析深度变化在几十个纳米范围内。析深度变化在几十个纳米范围内。析深度变化在几十个纳米范围内。2020精选课件精选课件XPSXPS的分析取样深度的分析取样深度 n n固体中的原子吸收固体中的原子吸收X X射线后将导致其中的电子出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逸后进入真空,称之为光电效应称之为光电效应;n nXPSXPS采用的软采用的软X X射线虽能穿透材料几个微米，但由射线虽能穿透材料几个微米，但由于光电效应，于光电效应，XPSXPS的表面灵敏度同激发源的表面灵敏度同激发源X X射线穿射线穿透深度无关透深度无关;n n取样深度取样深度:金属金属0.5-2nm;0.5-2nm;无机材料无机材料1-3nm1-3nm深度深度;有机材料有机材料3-10nm 3-10nm。2121精选课件精选课件离离子子枪枪2222精选课件精选课件5KV5KV离子枪离子枪n n离子枪的主要用途：离子枪的主要用途：离子枪的主要用途：离子枪的主要用途：用用用用ArArArAr+离子束清除样品表面的污染层离子束清除样品表面的污染层离子束清除样品表面的污染层离子束清除样品表面的污染层;对材料表面进行深度剖析。对材料表面进行深度剖析。对材料表面进行深度剖析。对材料表面进行深度剖析。n n离子枪的构成：离子枪的构成：离子枪的构成：离子枪的构成：主要由主要由主要由主要由ArArArAr气源、泄漏阀、电离室（灯丝，高压栅气源、泄漏阀、电离室（灯丝，高压栅气源、泄漏阀、电离室（灯丝，高压栅气源、泄漏阀、电离室（灯丝，高压栅极）、聚焦镜、物镜、偏转板等组成。极）、聚焦镜、物镜、偏转板等组成。极）、聚焦镜、物镜、偏转板等组成。极）、聚焦镜、物镜、偏转板等组成。n n通过调整栅极电压、聚焦镜、物镜可改变通过调整栅极电压、聚焦镜、物镜可改变通过调整栅极电压、聚焦镜、物镜可改变通过调整栅极电压、聚焦镜、物镜可改变ArArArAr+离子离子离子离子束的剥离强度和束斑大小。束的剥离强度和束斑大小。束的剥离强度和束斑大小。束的剥离强度和束斑大小。2323精选课件精选课件元素深度的分布元素深度的分布(Cr,O,Si)(Cr,O,Si)I-I-I-I-sptter timesptter timesptter timesptter time2424精选课件精选课件沿表面不同深度的化学状态沿表面不同深度的化学状态(suface-30A-150A-300A)(oxide-metal)(suface-30A-150A-300A)(oxide-metal)(suface-30A-150A-300A)(oxide-metal)(suface-30A-150A-300A)(oxide-metal)2525精选课件精选课件XPSXPS图谱分析图谱分析n nXPSXPS图谱图谱n n曲线拟合分峰曲线拟合分峰n n确定峰位和强度确定峰位和强度2626精选课件精选课件XPSXPS图谱包含的信息图谱包含的信息n n内能级内能级 n n价能级价能级 n n俄歇跃迁系列俄歇跃迁系列 2727精选课件精选课件AgAg的的XPSXPS宽扫描图宽扫描图(3s,3p,3d(3s,3p,3d(3s,3p,3d(3s,3p,3d)2828精选课件精选课件AgAgAgAg的的的的3d3d3d3d5/25/25/25/2XPSXPSXPSXPS窄扫描图窄扫描图窄扫描图窄扫描图n n*2929精选课件精选课件内能级内能级:XPSXPSXPSXPS分析的大部分信息由内能级谱提供分析的大部分信息由内能级谱提供分析的大部分信息由内能级谱提供分析的大部分信息由内能级谱提供,内能级结合内能级结合内能级结合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。除各谱峰是银原子电子壳层结构的直接反映。除各谱峰是银原子电子壳层结构的直接反映。除各谱峰是银原子电子壳层结构的直接反映。除3S3S3S3S能级外，能级外，能级外，能级外，Ag2PAg2PAg2PAg2P的结合能已大于的结合能已大于的结合能已大于的结合能已大于1254eV1254eV1254eV1254eV。由于自旋偶合作用结果，图中的非。由于自旋偶合作用结果，图中的非。由于自旋偶合作用结果，图中的非。由于自旋偶合作用结果，图中的非S S S S轨道都是双峰。内能级符号为轨道都是双峰。内能级符号为轨道都是双峰。内能级符号为轨道都是双峰。内能级符号为nljnljnljnlj，这里，这里，这里，这里n n n n为主量子数，为主量子数，为主量子数，为主量子数，l l l l为轨为轨为轨为轨道角动量量子数，道角动量量子数，道角动量量子数，道角动量量子数，j j j j为总角量子数，为总角量子数，为总角量子数，为总角量子数，j=j=j=j=（l+sl+sl+sl+s），其中），其中），其中），其中s s s s为自旋为自旋为自旋为自旋角动量量子数（角动量量子数（角动量量子数（角动量量子数（1/21/21/21/2）。因些当）。因些当）。因些当）。因些当l0l0l0l0时，必存在两个可能状态时，必存在两个可能状态时，必存在两个可能状态时，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的自旋及轨道角动量矢量的的自旋及轨道角动量矢量的的自旋及轨道角动量矢量的“平行平行平行平行”和和和和“反平反平反平反平”特点，特点，特点，特点，这个能这个能这个能这个能量差值可达数电子伏特。对于量差值可达数电子伏特。对于量差值可达数电子伏特。对于量差值可达数电子伏特。对于MgKMgKMgKMgK和和和和A1KXA1KXA1KXA1KX射线源，其光子射线源，其光子射线源，其光子射线源，其光子能量对周期表中除能量对周期表中除能量对周期表中除能量对周期表中除H H H H以外以外以外以外,任一原子至少可以激发一个内能级任一原子至少可以激发一个内能级任一原子至少可以激发一个内能级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。其持征结合能数值可以用作明确的元素标识。其持征结合能数值可以用作明确的元素标识。其持征结合能数值可以用作明确的元素标识。自旋轨道分裂参数自旋轨道分裂参数自旋轨道分裂参数自旋轨道分裂参数 3030精选课件精选课件n n价能级价能级：价能级是指那些为低结合能电子（大价能级是指那些为低结合能电子（大价能级是指那些为低结合能电子（大价能级是指那些为低结合能电子（大 约约约约0-15eV0-15eV0-15eV0-15eV）所占据的能级，主要涉及那些非定域）所占据的能级，主要涉及那些非定域）所占据的能级，主要涉及那些非定域）所占据的能级，主要涉及那些非定域的或成键的轨道。的或成键的轨道。的或成键的轨道。的或成键的轨道。n俄歇跃迁系列俄歇跃迁系列：俄歇跃迁系列是光发射所形俄歇跃迁系列是光发射所形俄歇跃迁系列是光发射所形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。成的内壳层空穴一种退激发机制的结果。成的内壳层空穴一种退激发机制的结果。成的内壳层空穴一种退激发机制的结果。3131精选课件精选课件曲线拟合分峰曲线拟合分峰n nXPSXPSXPSXPS窄扫描谱图经曲线采用窄扫描谱图经曲线采用窄扫描谱图经曲线采用窄扫描谱图经曲线采用Gaussian,Gaussian-Lorentzian,AsymmetricGaussian,Gaussian-Lorentzian,AsymmetricGaussian,Gaussian-Lorentzian,AsymmetricGaussian,Gaussian-Lorentzian,Asymmetric等手段进行曲线拟合分峰等手段进行曲线拟合分峰等手段进行曲线拟合分峰等手段进行曲线拟合分峰,我们主要采用我们主要采用我们主要采用我们主要采用Gaussian-Lorentzian,Gaussian-Lorentzian,Gaussian-Lorentzian,Gaussian-Lorentzian,峰形有严重拖尾现象峰形有严重拖尾现象峰形有严重拖尾现象峰形有严重拖尾现象时用时用时用时用AsymmetricAsymmetricAsymmetricAsymmetric。3232精选课件精选课件用用用用Gaussian-LorentzianGaussian-LorentzianGaussian-LorentzianGaussian-Lorentzian进行曲线拟合分峰进行曲线拟合分峰进行曲线拟合分峰进行曲线拟合分峰 (O1(O1(O1(O1S S S S,Sb3d,Sb3d,Sb3d,Sb3d5/25/25/25/2,3d,3d,3d,3d3/23/23/23/2,id Sb,id Sb,id Sb,id Sb+3+3+3+3,Sb,Sb,Sb,Sb+5+5+5+5)3333精选课件精选课件n n确定峰位确定峰位 n nXPSXPSXPSXPS窄扫描谱图经曲线拟合分峰窄扫描谱图经曲线拟合分峰窄扫描谱图经曲线拟合分峰窄扫描谱图经曲线拟合分峰,得结合能值得结合能值得结合能值得结合能值,并用结合能坐标基并用结合能坐标基并用结合能坐标基并用结合能坐标基准校正：以污染碳准校正：以污染碳准校正：以污染碳准校正：以污染碳C1s284.8eVC1s284.8eVC1s284.8eVC1s284.8eV定标。或采用在样品上蒸镀金作为定标。或采用在样品上蒸镀金作为定标。或采用在样品上蒸镀金作为定标。或采用在样品上蒸镀金作为参照物来定标，即选定参照物来定标，即选定参照物来定标，即选定参照物来定标，即选定AuAuAuAu为为为为Au4f7/2 84.0eVAu4f7/2 84.0eVAu4f7/2 84.0eVAu4f7/2 84.0eV；n n根据样品中各单质元素及化合物的根据样品中各单质元素及化合物的根据样品中各单质元素及化合物的根据样品中各单质元素及化合物的XPSXPSXPSXPS结合能的特征峰位、峰形结合能的特征峰位、峰形结合能的特征峰位、峰形结合能的特征峰位、峰形,对照结合能标准手册对照结合能标准手册对照结合能标准手册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、确定单质元素及化合物的表面化学状态、确定单质元素及化合物的表面化学状态、确定单质元素及化合物的表面化学状态、化学结构化学结构化学结构化学结构;n n例如例如例如例如:SnO2:SnO2:SnO2:SnO2薄膜的薄膜的薄膜的薄膜的XPSXPSXPSXPS窄扫描窄扫描窄扫描窄扫描C1sC1sC1sC1s及及及及Sn3d5/2Sn3d5/2Sn3d5/2Sn3d5/2谱图谱图谱图谱图,经曲线拟合分峰经曲线拟合分峰经曲线拟合分峰经曲线拟合分峰,C1s=285.2eV C1s=285.2eV C1s=285.2eV C1s=285.2eV、Sn3d5/2=487.6eV,Sn3d5/2=487.6eV,Sn3d5/2=487.6eV,Sn3d5/2=487.6eV,由于荷电效应，实际测得污染由于荷电效应，实际测得污染由于荷电效应，实际测得污染由于荷电效应，实际测得污染碳碳碳碳C1s=285.2eVC1s=285.2eVC1s=285.2eVC1s=285.2eV和标准的污染碳和标准的污染碳和标准的污染碳和标准的污染碳C1s284.8eVC1s284.8eVC1s284.8eVC1s284.8eV相差相差相差相差0.4eV0.4eV0.4eV0.4eV，那么真实，那么真实，那么真实，那么真实的的的的Sn3d5/2Sn3d5/2Sn3d5/2Sn3d5/2特征峰的结合能特征峰的结合能特征峰的结合能特征峰的结合能Sn3d5/2=487.6eV-0.4eV=487.2eVSn3d5/2=487.6eV-0.4eV=487.2eVSn3d5/2=487.6eV-0.4eV=487.2eVSn3d5/2=487.6eV-0.4eV=487.2eVn n确定峰强度（即峰的面积或高度）确定峰强度（即峰的面积或高度）确定峰强度（即峰的面积或高度）确定峰强度（即峰的面积或高度）:以谱线的背底为基准，峰面以谱线的背底为基准，峰面以谱线的背底为基准，峰面以谱线的背底为基准，峰面积和高度做为峰强度。积和高度做为峰强度。积和高度做为峰强度。积和高度做为峰强度。3434精选课件精选课件结合能坐标基准校正结合能坐标基准校正 n n以污染碳以污染碳以污染碳以污染碳C1s284.8eVC1s284.8eVC1s284.8eVC1s284.8eV定标。定标。定标。定标。n n采用在样品上蒸镀金作为参照物来定标，即选定采用在样品上蒸镀金作为参照物来定标，即选定采用在样品上蒸镀金作为参照物来定标，即选定采用在样品上蒸镀金作为参照物来定标，即选定AuAuAuAu为为为为84.0eV 84.0eV 84.0eV 84.0eV。n n结合能坐标基准：主要是绝缘（或导电性不好）样品结合能坐标基准：主要是绝缘（或导电性不好）样品结合能坐标基准：主要是绝缘（或导电性不好）样品结合能坐标基准：主要是绝缘（或导电性不好）样品的荷电效应。的荷电效应。的荷电效应。的荷电效应。X X X X射线辐照期间从绝缘体表面发射电子，射线辐照期间从绝缘体表面发射电子，射线辐照期间从绝缘体表面发射电子，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，因为来自样品不可避免地将导致形成正的表面电位，因为来自样品不可避免地将导致形成正的表面电位，因为来自样品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。这种体相或者样品托的电子不能补偿这种电子损失。这种体相或者样品托的电子不能补偿这种电子损失。这种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（即表现为结正的荷电作用要降低光电子的出射动能（即表现为结正的荷电作用要降低光电子的出射动能（即表现为结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）。这就是合能增加）。这就是合能增加）。这就是合能增加）。这就是XPSXPSXPSXPS分析绝缘样品时的荷电效应。分析绝缘样品时的荷电效应。分析绝缘样品时的荷电效应。分析绝缘样品时的荷电效应。n n单色化单色化单色化单色化X X X X射线源，荷电问题将更加严重。射线源，荷电问题将更加严重。射线源，荷电问题将更加严重。射线源，荷电问题将更加严重。3535精选课件精选课件解决荷电效应的方法解决荷电效应的方法n n解决办法解决办法解决办法解决办法1 1 1 1：电子综合枪：用一个高电流、低能量电子源引进：电子综合枪：用一个高电流、低能量电子源引进：电子综合枪：用一个高电流、低能量电子源引进：电子综合枪：用一个高电流、低能量电子源引进补偿电子流。价格贵补偿电子流。价格贵补偿电子流。价格贵补偿电子流。价格贵,使用不多使用不多使用不多使用不多;n n解决办法解决办法解决办法解决办法2 2 2 2：结合能坐标基准较好的办法是用内标法，即将谱：结合能坐标基准较好的办法是用内标法，即将谱：结合能坐标基准较好的办法是用内标法，即将谱：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中一个特定峰明确地指定一个准确的结合能中一个特定峰明确地指定一个准确的结合能中一个特定峰明确地指定一个准确的结合能E E E Eb b b b。一个常用的。一个常用的。一个常用的。一个常用的校正方法是令饱和碳氢化合物校正方法是令饱和碳氢化合物校正方法是令饱和碳氢化合物校正方法是令饱和碳氢化合物(或吸附碳或吸附碳或吸附碳或吸附碳,污染碳污染碳污染碳污染碳)中中中中C1s284.8eVC1s284.8eVC1s284.8eVC1s284.8eV结合能为基准定标。如结合能为基准定标。如结合能为基准定标。如结合能为基准定标。如 XPS XPS XPS XPS谱图中污染碳谱图中污染碳谱图中污染碳谱图中污染碳C1sC1sC1sC1s的测的测的测的测试值为试值为试值为试值为C1s=285.8eV,C1s=285.8eV,C1s=285.8eV,C1s=285.8eV,而而而而 污染碳污染碳污染碳污染碳C1sC1sC1sC1s的标准值为的标准值为的标准值为的标准值为C1s=284.8eV,C1s=284.8eV,C1s=284.8eV,C1s=284.8eV,相差悬相差悬相差悬相差悬1 1 1 1个电子伏特个电子伏特个电子伏特个电子伏特,XPS,XPS,XPS,XPS谱图中所有元素的结合能都要减去谱图中所有元素的结合能都要减去谱图中所有元素的结合能都要减去谱图中所有元素的结合能都要减去1 1 1 1个电子伏特个电子伏特个电子伏特个电子伏特;n n解决办法解决办法解决办法解决办法3:3:3:3:当样品中污染碳含量很少或样品中含有其他的碳当样品中污染碳含量很少或样品中含有其他的碳当样品中污染碳含量很少或样品中含有其他的碳当样品中污染碳含量很少或样品中含有其他的碳材料时材料时材料时材料时,结合能坐标基准可用外标法结合能坐标基准可用外标法结合能坐标基准可用外标法结合能坐标基准可用外标法,在样品上蒸镀金作为参在样品上蒸镀金作为参在样品上蒸镀金作为参在样品上蒸镀金作为参照物来定标，即选定照物来定标，即选定照物来定标，即选定照物来定标，即选定AuAuAuAu为为为为84.0eV 84.0eV 84.0eV 84.0eV 3636精选课件精选课件化学位移效应化学位移效应n n处于不同化学环境下的同一原子，其内能级谱中会出现处于不同化学环境下的同一原子，其内能级谱中会出现处于不同化学环境下的同一原子，其内能级谱中会出现处于不同化学环境下的同一原子，其内能级谱中会出现分立的分峰。分立的分峰。分立的分峰。分立的分峰。n n氟是具有最大电负性的元素，它能诱导最大的化学位移。氟是具有最大电负性的元素，它能诱导最大的化学位移。氟是具有最大电负性的元素，它能诱导最大的化学位移。氟是具有最大电负性的元素，它能诱导最大的化学位移。如：氟聚合物的如：氟聚合物的如：氟聚合物的如：氟聚合物的C1sC1sC1sC1s谱，见下图谱，见下图谱，见下图谱，见下图n n氟起到初级取代和次级取代作用，氟起到初级取代和次级取代作用，氟起到初级取代和次级取代作用，氟起到初级取代和次级取代作用，对于用氟简单取代对于用氟简单取代对于用氟简单取代对于用氟简单取代一个氢，初级位移为一个氢，初级位移为一个氢，初级位移为一个氢，初级位移为2.9eV2.9eV2.9eV2.9eV左右，次级位移为左右，次级位移为左右，次级位移为左右，次级位移为0.7eV0.7eV0.7eV0.7eV左右。左右。左右。左右。n n-CH-CH-CH-CH2 2 2 2 285eV,-CF 288.5eV,-CF285eV,-CF 288.5eV,-CF285eV,-CF 288.5eV,-CF285eV,-CF 288.5eV,-CF2 2 2 2 291.6eV,-CF291.6eV,-CF291.6eV,-CF291.6eV,-CF3 3 3 3 293.7eV,293.7eV,293.7eV,293.7eV,n nCFCFCFCF2 2 2 2-CF-CF-CF-CF =3.1eV=3.1eV=3.1eV=3.1eV;CFCFCFCF3 3 3 3-CF-CF-CF-CF2 2 2 2=2.1eV=2.1eV=2.1eV=2.1eV3737精选课件精选课件化学位移化学位移氟聚合物的氟聚合物的氟聚合物的氟聚合物的C1sC1sC1sC1s谱谱谱谱3838精选课件精选课件碳的宽扫描碳的宽扫描XPSXPS图谱图谱3939精选课件精选课件碳的化合物结合能位移图碳的化合物结合能位移图4040精选课件精选课件XPSXPS定量分析原理定量分析原理 n nX X X 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射线光电子谱线强度反映样品中单质元素及化合物各构射线光电子谱线强度反映样品中单质元素及化合物各构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成元素的含量或浓度成元素的含量或浓度成元素的含量或浓度;n n测量谱线强度，便可进行定量分析测量谱线强度，便可进行定量分析测量谱线强度，便可进行定量分析测量谱线强度，便可进行定量分析;n n测量样品中单质元素及化合物各构成元素的绝对浓度相测量样品中单质元素及化合物各构成元素的绝对浓度相测量样品中单质元素及化合物各构成元素的绝对浓度相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，也就是测量样品中当困难，一般都是测量其相对含量，也就是测量样品中当困难，一般都是测量其相对含量，也就是测量样品中当困难，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某种元素在其单质及该元素化合物中的相对原子浓度某种元素在其单质及该元素化合物中的相对原子浓度某种元素在其单质及该元素化合物中的相对原子浓度;n n只要测得特征谱线强度只要测得特征谱线强度只要测得特征谱线强度只要测得特征谱线强度(峰高、峰面积峰高、峰面积峰高、峰面积峰高、峰面积)，再利用相应元，再利用相应元，再利用相应元，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。素及含该元素化合物的灵敏度因子，便可得到相对浓度。素及含该元素化合物的灵敏度因子，便可得到相对浓度。素及含该元素化合物的灵敏度因子，便可得到相对浓度。4141精选课件精选课件 假定样品的表面层在假定样品的表面层在假定样品的表面层在假定样品的表面层在100100100100埃埃埃埃200200200200埃（埃（埃（埃（1 1 1 1埃埃埃埃=10=10=10=10-10-10-10-10m m m m）深度内是）深度内是）深度内是）深度内是均匀的，则其强度均匀的，则其强度均匀的，则其强度均匀的，则其强度I I I I（每秒钟所检测的光电子数）由下式（每秒钟所检测的光电子数）由下式（每秒钟所检测的光电子数）由下式（每秒钟所检测的光电子数）由下式给出给出给出给出 I=nfAT I=nfAT I=nfAT I=nfATn n n n原子数原子数原子数原子数/cm/cm/cm/cm3 3 3 3f f f fXXXX射线通量（光子射线通量（光子射线通量（光子射线通量（光子/cm/cm/cm/cm2 2 2 2 s s s s）光电离截面（光电离截面（光电离截面（光电离截面（cmcmcmcm2 2 2 2）与与与与X X X X射线和出射光电子的夹角有关的因子射线和出射光电子的夹角有关的因子射线和出射光电子的夹角有关的因子射线和出射光电子的夹角有关的因子光电子产率（光电子光电子产率（光电子光电子产率（光电子光电子产率（光电子/光子）光子）光子）光子）采样面积（采样面积（采样面积（采样面积（cmcmcm