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股为xls文件。下图所示为PbO的XPS原始数据，除了 Pb O之外，还有C的高分辨谱以及各元素的半定

2、量分析结果。4 F6 7 T g 10 11AxisEnergyElements201C:tralningliufuMiscExperi*entBlOObXOl号Scain.VGD131415161718190212223242526272829303132Einding Energy () eV对于某一特定元米的高分辨语.关键的敷据看两列.一列是结合能（Binding Energy） 一列是错峰强度（迎n拄）、/Ols Scan5 Scars. 50 2 3, 650(jmi CAE 30 00 IObV15OE+05-II O0E+05 -50OE+04 0O0E*00-54 5 540

3、535530Binding Energy (bV)每一页代表着一种元素的高分辨谱,， pe&k table给出的是半定量结果数提表彳 ，01s1 Scan, Cl# 3献了 Pb4f Scan*Counts / s545,08554 B3, 79E557 B6. |544, B855247.2544, 7854363. 654包 G854709. 8544. 5855383.2544, 4854319. 3544, 3854745.6544. 2B54909. 5544.185511B.1544+ 0854741.7543. 9854453. B543.8853956.6543. 78 543

4、+68 Pi43 SR53763.4.别您第2 .荷电校正拿到XPS高分辨谱，第一步是要进行荷电校正，得到准确的结合能数据。那么如何进行校正呢？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

5、作为荷电校正从而得到准确的结合能值。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 origin中，以结合能 为X轴，谱线强度为

6、Y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,符数据拷贝到origin中， 结合能为X轴，谱峰强度为 Y轴结合能谱峰强度UHM &hYsWH.!.hm I I3.设置CH A)_=lCoHA)+0. 3, 然后点击0K即可/2.选中雉合能这一列，点击鼠标右键, 在弹出来的菜单中点击占et column values295294. 95294, 9294, 85294, 3294, 752944 729% 6529% 613140 1 2970 12805 12B10 12590 13135 13185 133801344 rl经过这样

7、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文件中翳一行宜耗以般据开始.居面 不能看空行5 5 5 5 0 0 07 4 5 6 5 8 5 06578663222222 1* 1- T- 1A5 5 5 5 43322115.6LH5L65-

8、5,5.5 777777TTT 222222222最后一行五提以-数据练来. 后面也不能有空行匚关键点：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,在弹出的窗口中找到新盛的txt文档，然后打开 KU4 KB:， Jha* tf.帽.曲 A TWU 词，1归施 iiiuNafAdm 1411bnaVMatn卬 sue m* CIOJMi- 9lr4ngimttwnqp Md* *w|4fl44div RQf Oc第三步：

9、建立基线具体操作：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Background type 一般选取 Shirley,基线的优化主要靠 Shirley+Linear 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。第四步：加峰具体操作：点击Add peak会弹出一个新窗口，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Poston处输入希望的峰位，需固定时则点fix前小方框，同法还

10、可选半峰宽（FWHM、峰面积等。峰位置设置好之后，点击accept添加该峰。叵同0 1 1口峰面枳同样的方式，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 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=2:1 ; d5:d3=3:2 , f7:f5=4:3 。在峰拟合过程中要遵循该规 则。如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 W4

11、f7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Pb 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,在弹出的窗口中，勾上Use前的方框，然后构建关系式 Peak 1=Peak 0*0.75. 然后

12、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PHiclPeak Tmw 5 s o s-| 0Poiirwit也好 J FhX 1 JI.5W Y.4420.143Region ReDi%payf困 Region 1_ dita Hjckqrcurd Add Petsk pArametersi OptimiseFWHM口 Fh Optrtiiie .， ConftidfntiAre*翡;8 | Fix _gphmcaunt herPeaktziu Gaaiiiia (0:C. 100:L | H Fh OplMiii | 11 CMlriihU |141

13、015101150-Isymmeln (TS4, for 5 mmetn)Actual FliAHM：OptAia Pe4iRbOiawDelete Peak Cancci AptnpBiffiXPSRcpQBLimits of Search Range0 Ji=，=- H 1 I,设置好它们之间的数量关同样的方式，可以添加peak 2和peak 3 （为另一对峰）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XP湃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 o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：拟合数据保存与导出拟合完毕之后，点击XPSpeak processing 中的Save XPS将拟