XPS原始数据处理含分峰拟合

1、XPS原始数据处理（含分峰拟合）1. XPS高分辨谱可以拿到什么数据?般而言，大家在做高分辨谱的时候，是期望看到表面某些元素的电子结构信息,判断该元素的化学态以及所处的化学环境等等，进而说明样品的表面结构或其变化。故此，XPS的高分辨一定是有针对性的，所要测的元素也是大家很明了的。在上一期我们说过，对于绝缘体或者半导体而言，具有荷电效应，因此除了大家 想要测的元素之外，一般测试的时候还需要测一个 C的高分辨谱，用于荷电校正。国内像XPS这样的大型仪器一般都有专人进行测试，因此我们所得到的原始数据般为xls文件。下图所示为PbQ的XPS原始数据，除了 Pb 0之外，还有C的高分辨谱以及各元素的半

2、定量分析结果。4567AxisEnergyEleaents-2016SC:traLningl iufultLscE3peri*cntKonQ 650UmPolnt <00501s Scan. ¥GD时于某一特定元素的高分卅谱，美键的4t据右两列"列是ii合能（Binding Energy） 一列是谱峰强度（Count时、/1011131415Einding Energy (£)161713Binding Energy (eV)药27J8293031毎一页代叢無一种元索的高分耕谱” peak table给出的是半定量蜻果数扌亳表*Counts / s545,o

3、e55483. 7544.9855736.日544. SE55247.2544,7854363. 6544,6854709. 8544, 5855383.2吕g 465431&. 3544, 3854745.6544.2054309. S544.1855118.1544. OB54741.7543, 58544&3. 8543. 8853956.6543. 7853763.4543. ABj5R丘4曲7Ols Scan5 Scars. 50 2 3, GSOpn CAE 30 00 IObV2. 荷电校正拿到XPS高分辨谱，第步是要进行荷电校正，得到准确的结合能数据。那么如何进

4、行校正呢？上一期分享中我们已经说过，荷电校正一般将外来污染碳（284.8eV）作为基准。具体如何操作呢?1）.计算荷电校正值。具体操作：将C1s的数据复制到origin中，做成曲线图，并通过数据读取工具来识别C1s谱中的峰值坐标（主要是结合能）。以下图为例，C1s的结合能为284.5 eV，而外来污染碳的标准值为284.8 eV,因 此，荷电校正值为284.8-284.5 eV=0.3 eV。也就是说，此次测试的这个样品，所有 元素的结合能均需要+0.3 eV作为荷电校正从而得到准确的结合能值。14000 -1200010000 -6000 -BOOT -11I'I1 F- '

5、 . .rrl2BD265290：内£ N 打7 帥A补充说明：对于样品中本身就含碳的样品，采用C1s来进行荷电校正的时候一定要小心。如果样品本身导电，实际上可以不用荷电校正。如果样品本身导电性较差， 而样品中又含碳，那么需要对样品进行分峰，分峰之后找到外来污染碳的谱峰，将 其作为基准进行校正才是准确的（并不是哪个峰最强就将其作为基准）。实际上， 荷电校正值一般不会超过0.5 eV.如果本身含碳，也可以采用喷金的方法，以 Au4f7/2（84.0 eV）作为基准来进行荷电校正。2）.对每一个高分辨谱进行荷电校正具体操作：将各元素的元素数据（结合能与谱线强度）拷贝到 origi n中，

6、以结合能为X轴，谱线强度为丫轴，将X轴加上荷电校正值对其进行荷电校正下图所示为具体操作（荷电校正值为上面所算的0.3 eV）：1,将數攥拷贝到origin中, 结舍能为X轴，谱蜂强度为 Y轴鉛金能谱烷强度!.hm I aLOtfl村if肝壽lAnH.Cwtv-MNa124屯7上3.设置CqI A)_=CoHA)+0. 3, 填E点击OK即可 /经过这样的操作之后，origin的表中所显示的就是校正过之后的结合能与谱峰强2选中鰭合能送一列，点击鼠标右键, 在弹出来妁菜单中点击宫mt column values度。3. 数据分析高分辨谱经过分峰拟合之后，就可以用来确定元素的化学态了，或者通过反应前

7、 后样品的高分辨谱图对比来得到其表面电子结构的变化信息等等。相关内容上期已经讨论过了，这里不再重复。今天的重点是XPS高分辨谱的分峰拟合。XPS peaks分峰拟合5 5 5 543322115.55.ui5.5-5.5.5777777TTT2222222225555000557456585160657866883222222 2 2_1 T- 1A lx Jx第一步：将数据转换为txt格式具体操作：将荷电校正过之后的数据拷贝到一个新建的txt文件中$ 析®nt te龙i " ； *7 匸口 dMidW<(Q) WW(Y) 助 ItnZ9E24. 9&1314

8、012970躬一行直扌妾以数据开始+頁鹵294. 912805不能肴空行Z94. 8512B10294, 312590294, 7513135294* 713185294. 6513380294, 613440*4»<d 宿式 g> w»<y) *ssti(w嚴后一彳亍直扌妾以散扌居结束. 后面也不能冇空行/-. 'Ji关键点：第一行要直接以数据开始，最后一行以数据结束，不能有空行或其他文字, 否则将无法导入XPSpeak 4.1软件中。第二步：利用XPS peak软件导入txt文件具体操作如下图所示:Data-Import (ACS I I*在弾

9、出的窗口中找到新堆的文档然后打开* K-小 "PB Aft-EE4NMM1*1 泸M* frpfritpHL-第三步：建立基线I*疗曲勘pl具体操作：点击菜单中Background,在弹出来的窗口中High BE和Low BE的数据是自动读取的，不需要改变Backgro und type 一般选取 Shirley,基线的优化主要靠 Shirley+L in ear 的 Slope 来实现，可以手动输入数值，然后点击 accept就可以看到基线了，如果觉得基线不是特别好，可以通过改变Slope的值进行调整窟 Regjon 1二> 亘.垂第四步：加峰具体操作：点击Add peak会

10、弹出一个新窗口，在 Peak Type处选择s、p、d、f等峰类型（根据需要来选，不影响分峰），S.O.S选0.在Position处输入希望的峰位，需固定时则点fix前小方框，同法还可选半峰宽（FWH）、峰面积等。Region 1AicicgircHindi |卜dd Pe*女Pwvmvter* Qptirniw ftvgignX 133Y-1331 "1设置好之后，点击accept添加该峰。Prak tl峰位置OpenXPSAciual FWHAL L000ftl Accept同样的方式，可以添加第二个峰。对于p,d,f轨道而言，谱线都有裂分，裂分的峰之有峰出现knmein (IS

11、M)1 for kmneln )百 ©1* (0£>, 1*O：L| B Fil 少伽<畑 丄 LomtrantiPeaic Type pTjpOSPaikwjiIMS11 jJDecnplic OplKXlTOpnne All在此处会出现嗥的标号HflgtaaiL Fa1-lJfl.fllII色掘 UFli峰面#只4丄JConiijTMrtlii |IJpUNwte Pft-afcDelele间存在一定的关系，需要特别注意，以下为常见规则：A.对于p、d、f等能级的次能级（如p3/2、p1/2，为简便省略/2，简称为p3、p1） 强度比是一定的，p3:p1=2

12、:1 ； d5:d3=3:2 , f7:f5=4:3。在峰拟合过程中要遵循该规 则。女口 Pb4f中同一价态的Pb4f7和Pb4f5峰面积比应为4:3。B.对于有能级分裂的能级（p、d、f）,分裂的两个轨道间的距离也基本上是固定的.如 同一价态的 W4f7和 W4f5之间的距离为2.15eV左右，Si2p3和Si2p1差值为1.1eV 左右，具体化学状态下能级分裂的两个轨道之间的距离会有不同。C.对于同一元素的裂分轨道而言，其半峰宽应该尽量接近一致。对于同一仪器及仪器参数，各数据的GL高斯-洛伦兹比应保持一致（一般直接采用默认值80）具体操作：以峰面积为例，peak 1和peak 0分别对应P

13、b 4f轨道的两个裂分能级（对 应f5和f7 ），那么两者之间的峰面积存在数量关系f7:f5=4:3.如何设置？点击Area 下的 Constraints.然后在弹出的窗口中，勾上 Use前的方框，然后构建关系式 Peak仁Peak 0*0.75.点击OK设置完毕。类似的Peak1和Peak 0之间的Position间距也可以设置。Peak 1X 111 *31： Y.1J2.L145133 0141.0lJB-OSuiJifif Entf(>' (V'ipbmvseR色Difip猪卡Peak Type-P«iinjOB141.5|DFii*JOplHnkteA

14、re,Q_3?788 Fq aptwnm | 上r1虫I XPS Peak rtxessiflg IDpiXPS 生aveXPDecriptiobConstraints for Peak Area|7云RelationAnn thI B Peak 1iziu Gaaasiu (0:Gg 100J m山如皿钿RcpQBKcginHigh o吐 LimiU of Search Range Low-symmein (TS-fl* for sa num etn)- |o !|AcmilFWTOl： LO0OeOptiflMie PeakDeDvaw-«J7Ftaiki 0 I同样的方式，可以

15、添加peak 2和peak 3 （为另一对峰），设置好它们之间的数量关 系等。然后点击Optimise All（可以多次点击进行优化），得到一个初步的分峰结果。如下图所示。第五步：手动修正在此基础上，手动调节峰的面积，半峰宽等参数，尽可能让拟合出来的数据和原始数据重合。在设置参数的过程中，请谨记上面所述 A,B,C等分峰规则。具体操作：分别点另一个窗口中的Rigion Peaks下方的0、1、2等可看每个峰的参 数，此时XPS笔中变红的为被选中的峰。在弹出来的参数窗口中调整峰位置， 半峰宽, 峰面积等参数，然后点击accept。反复调节，尽可能让拟合出来的数据和原始数据 重合。第六步：拟合数据

16、保存与导出拟合完毕之后，点击XPSpeak processing 中的Save XP§将拟合结果存储为.xps 文件。存储之后，下回要继续处理时，只需要点Open XPS就可以打开这副图继续进行处理了。具体操作：在Region 1中,可以直接拖动到origin中, 重复了。当拟合结果满意了之后，需要将数据导出成txt文件，以方便在origin中作图。Data->Export(Spectrum)，导出为.dat 文件。该文件用origin打开。接下来就是origin作图了，这里就不| Dm | B*rkg routed Add Pvki)r*nwtflrt Opti nrflflpon (KrMM imfsaft Ley bold) ImpOTt (Mli) trnpisfi: (VAMA£)X 1JF40