XPS和俄歇电子能谱

1、光电子和俄歇电子能谱光电子和俄歇电子能谱v 原理v 特点v 应用内容内容2原理原理光电效应：光子的所有能量消耗于结合 电子的激发 能量关系可表示：能量关系可表示： 电子结合能电子结合能电子动能电子动能原子的反冲能量，原子的反冲能量，可忽略不计可忽略不计rkbEEEhv3根据激发源不同主要分为：vX射线光电子能谱(X-Ray Photoelectron Spectrometer 简称 XPS) XPS采用能量为1000-1500ev的射线源，能激发内层电子v紫外光电子能谱(Ultraviolet Photoelectron Spectrometer 简称 UPS) UPS采用 或 作激发源,与X

2、射线相比能量较低，只能使原子的价电子电离光电子能谱光电子能谱I(21.2eV) He4II(40.8eV) He光电子能谱的最大特点: 可以获得丰富的化学信息，它对样品的损伤 最轻微，定量也是最大。 缺点: 由于X射线不易聚焦，因而照射面积不大，不 适宜微区分析。51元素及其化学状态的定性分析元素及其化学状态的定性分析v 方法：以实测光电子谱图与标准谱图相对照，根据元方法：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素特征峰位置( (及其化学位移及其化学位移) )确定样品中存在哪些元确定样品中存在哪些元素素( (及这些元素存在于何种化合物中及这些元素存在于何种化合物中) )。v 定性分

3、析原则上可以鉴定除氢、氦以外的所有元素。定性分析原则上可以鉴定除氢、氦以外的所有元素。v 分析时首先通过对样品进行全扫描，以确定样品中存分析时首先通过对样品进行全扫描，以确定样品中存在的元素；然后再对所选择的峰进行窄扫描，以确定在的元素；然后再对所选择的峰进行窄扫描，以确定化学状态。化学状态。光电子能谱的应用光电子能谱的应用6应用实例应用实例v右图为已标识的(C3H7)4NS2PF2的X射线光电子谱图。v由图可知，除氢以外，其它元素的谱峰均清晰可见。图中氧峰可能是杂质峰，或说明该化合物已部分氧化。 (C3H7)4NS2PF2的XPS谱图72定量分析 方法：理论模型法、灵敏度因子法、标样法等。

4、应用最广的是元素(原子)灵敏度因子法, 一般误差可以不超过20.3化学结构分析 通过谱峰化学位移的分析不仅可以确定元素原子存在于何种化合物中，还可以研究样品的化学结构.8v俄歇电子能谱(Auger Electron Spectrometer 简称 AES)主要是通过检测俄歇电子的能量和强度，从而获得有关材料表面化学成分和结构的信息的方法 AES大多用电子作激发源，因为电子激发得到的俄歇电子谱强度较大。俄歇电子能谱俄歇电子能谱9 元素的量元素的量 原子的电离截面原子的电离截面 当原子与外来粒子发生作用时，发生电子跃 迁产生的概率 俄歇产率俄歇产率影响俄歇电子强度的因素影响俄歇电子强度的因素俄歇电

5、子产额与原子序数的关系 由图可知，对于K层空穴Z19，发射俄歇电子的几率在90以上随Z的增加，X射线荧光产额增加，而俄歇电子产额下降。Z33时，俄歇发射占优势。10 逃逸深度逃逸深度 逃逸出的俄歇电子的强度与样品的取样深度存在指数衰减关系。 N=N0e-z/ N为到达表面的俄歇电子数，No为所有的俄歇电子数，Z为样品取样深度，为非弹性散射平均自由程。 11俄歇电子能谱的优点俄歇电子能谱的优点： 作为固体表面分析法，其信息深度取决于俄歇电子逸出深度(电子平均自由程)。对于能量为50eV2keV范围内的俄歇电子，逸出深度为0.42nm。深度分辨率约为1nm，横向分辨率取决于入射束斑大小。 可分析除

6、H、He以外的各种元素。 对于轻元素C、O、N、S、P等有较高的分析灵敏度。 可进行成分的深度剖析或薄膜及界面分析。12 不能分析氢和氦元素； 定量分析的准确度不高； 对多数元素的探测灵敏度为原子摩尔分数 0.1%1.0% 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； 对样品要求高，表面必须清洁。 不足：不足：131定性分析定性分析作用作用：根据实测的直接谱(俄歇峰)或微分谱上的负峰的位置识别元素。方法方法：与标准谱进行对比。注意注意：由于电子轨道之间可实现不同的俄歇跃迁过程，所以每种元素都有丰富的俄歇谱，由此导致不同元素俄歇峰的干扰。 对于原子序数为314的元素，最显著的俄歇峰是由KLL跃迁形成的；对于原子序数1440的元素，最显著的俄歇峰则是由LMM跃迁形成的俄歇电子能谱的应用俄歇电子能谱的应用14右图为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152定量分析定量分析v基本上是半定量的水平(常规情况下，相对精度仅为30%左右) v常用的定量分