电子能谱学笔记

电子能谱学电子能谱学的定义电子能谱学可以定义为利用具有一定能量的粒子（光子，电子，粒子）轰击特定的样品，研究从样品中释放出来的电子或离子的能量分布和空间分布，从而了解样品的基本特征的方法。入射粒子与样品中的原子发生相互作用，经历各种能量转递的物理效应，最后释放出的电子和粒子具有样品中原子的特征信息。通过对这些信息的解析，可以获得样品中原子的各种信息如含量，化学价态等电子能谱学的应用电子能谱学的应用主要在表面分析和价态分析方面。可以给出表面的化学组成，原子排列，电子状态等信息。对于XPS和AES还可以对表面元素做出一次全部定性和定量分析，还可以利用其化学位移效应进行元素价态分析；利用离子束的溅射效应可以获得元素沿深度的化学成份分布信息。此外，利用其高空间分别率，还可以进行微区选点分析，线分布扫描分析以及元素的面分布分析。这些技术使得电子能谱学在材料科学，物理学，化学，半导体以及环境等方面具有广泛的应用。X射线光电子谱(XPS)—特点XPS的主要特点是它能在不太高的真空度下进行表面分析研究，这是其它方法都做不到的。当用电子束激发时，如用AES法，必须使用超高真空，以防止样品上形成碳的沉积物而掩盖被测表面。X射线比较柔和的特性使我们有可能在中等真空程度下对表面观察若干小时而不会影响测试结果。此外，化学位移效应也是XPS法不同于其它方法的另一特点，即采用直观的化学认识即可解释XPS中的化学位移，相比之下，在AES中解释起来就困难的多。XPS-光电过程机理光与物质的相互作用光电离激发过程光电离几率偶极发射和表面发射从光电撞子谱泄线的活特点盈及表酿示滑光线贞与物走质的统相互喷作用贿：1奉、鞠反射软（能边量不石损失程）愿；2破、则吸收鸽（能贫量转酷化为场热能设）眼；3愿、新光电残离（叫转化检为电胡子）历M哑+鸭hV旦－－恒》葛M+割央＋杰e悠一般响为单倦电子壳过程碰要光硬子能授量足滚够，希可以隆激发侵出所赶有轨京道电白子。寻光电粱离过炒程裂：喊X射雨线光瞎电子抗能谱残基于斥光电勉离作疲用，滨当一桃束光写子辐犹照到夹样品召表面畏时，惑光子写可以漏被样丹品中兵某一玻元素穗的原叫子轨宿道上吼的电帝子所滥吸收嫂，使移得该钩电子吧脱离膝原子耐核的摩束缚磁，以秒一定污的动攀能从册原子堂内部匆发射陪出来田，变琴成自山由的蜓光电弱子，锁而原圣子本购身则倚变成指一个碌激发碗态的敢离第子夸光电衡离几淘率吃：摆1、益对于讲每一淋种物喊质其巨光电计离几锅率与述很多轧因素样有关袖：如鹊激发农光子童能量销，原子子种刻类，鼠原子乓状态涉等。慨2、辰在光用电子继能量告阈值退附近岂具有辟最高坐的电涛离截机面誉光电旗子谱栋线的迹特点甩及表冬示膜：逝1、突光电逆子谱反线与抚原子稿结构翼有关拦；2怒、其茎特点纱是量挎子化谊的；卷3、锈标记辟可用摄激发船跃迁螺的能麦级来进标记夜XP纪S-触结合必能原库理骄：贯1、扮光电半子能畜谱的掠结合奸能原衬理；呈2、桶气态淡分子制的结谁合能陶；3葡、固颈体物上质的战结合富能；党4、锐净电皂荷的静计算泼；5很、弛戴豫过辱程培XP稀S慎结合劈能女在悔XP恳S荐分析未中，粱由于泰采用锄的滔X横射线犹激发缓源的组能量澡较高禁，不暗仅可殖以激牺发出伴原子撤价轨看道中炮的价晨电子哑，还访可以券激发或出芯塞能级眯上的度内层走轨道循电子斩，其凑出射伶光电溜子的琴能量趋仅与毛入射剪光子寺的能饰量及亭原子宋轨道弦结合慈能有旗关。姑因此虹，对危于特滨定的螺单色索激发横源和匙特定洗的原欧子轨嫌道，防其光茫电子产的能贪量是客特征货的。弦当固饰定激塞发源摘能量帜时，顶其光曲电子煤的能高量仅题与元难素的析种类艰和所置电离炎激发边的原狱子轨父道有幅关。淹因此松，我毒们可枕以根煌据光借电子身的结诵合能促定性迟分析疗物质长的元躲素种膨类。倘X射植线光尝电子座谱仪袭X广射线趟源是攀用于匙产生滔具有劫一定虏能量炒的旁X叼射线扰的装站置，嚼在目党前的超商品硬仪器畏中，宪一般吃以靠Al阵/M缠g匪双阳尾极游X榴射线渡源最父为常轧见望。货XP俘S饶¾斤¾固X气射线搁光电陕子谱丰基本狂原理物1、修X绍射线袖光电钓子谱绣基本腾原理巷：赵X以射线池光电者子能遣谱的返理论旦依据凤就是行Ei虚ns榴te票in滋的光贞电子咳发射娇公式注，在惭实际堂的对X芒射线据光电俩子谱粮分析倦中，努不仅厌用己XP缺S菊测定屑轨道用电子活结合载能，羡还经疲常用然量子舰化学台方法毒进行循计算名，并污将二辅者进脚行比肿较。道2、替突然世近似爷体系帆受激盼出射缴光电患子后品，原委稳定财的电趋子结老构受耐到破唐坏，侵这时络体系跪处于划何种庙状态俭、如计何求第解状谋态波谨函数榴及本讨征值独遇到洒了很侧大的大理论课处理顺困难叫。突遮然近越似认搂为，藏电离吉后的添体系采同电扎离前块相比预，除旷了某帮一轨略道被尿打出始一个感电子歉外，怠其余类轨道劈电子刘的运游动状痒态不掘发生乔变化肚而处坝于某制一种康“眯冻结乏状态促”纤。痰按照皱这个怪假设猪前提僵，皆Ko共op龟ma屈ns里认为唤轨道蹈电子美的结合合能靠在数怎值上洒等于悲中性访体系遭该轨茅道自络洽单院电子蓝波函眨数的斥本征粱值的摩负值慕，即涉其中种：表逢示用孙自洽炎场方半法求屈得的弊ES拆CF末(幼n,弓l违,涝j喊)艺轨道结电子狐能量贸的本课征值磁，拾n,淋l过,贯j割为轨旁道的液三个群量子零数。耀表示灯E纺a沸SC绳F豆用若Ko免op得ma杀ns三定理抵确定序的蜡(沾n,年l惧,割j廊)越轨道饿电子前结合舒能。拆Ko擦op神ma豪ns扑定理诊使某妈轨道司电子封结合妙能崇E苹B润的求英取变炊成计滋算该交轨道冻电子袋波函墙数本异征值繁而与蒸终态替无关剃，使准计算恶简化护。标因为智忽略伪了电最离后蓄终态跨的影叨响，救这种悲方法听只适贷用于还闭壳奏层体觉系。愁结合窝能参诊照基灵准膀在用落XP思S测星定内流层电袜子结跳合能抢与理紧论计振算结判果进王行比宫较时忆，必坡须有炭一共右同的按结合白能参亮照基贱准。厕对于灶孤立丝原子舅，轨孤道结州合能盏的定蚊义为课把一强个电稀子从挠轨道题移到劝核势集场以脾外所蛛需的劣能量泛，即挽以你“努自由喘电子难能级吩”迅为基爷准的谋。在帖XP瓜S中苏称这轻一基以准为乏“却真空露能级粱”浮，它胸同理贞论计榜算的省参照葱基准呀是一野致的反。抛对于茧气态斥XP崭S，励测定跃的结蛾合能衫与计崭算的箭结合亮能是柔一致罗，因堤此，戴可以江直接绩比较孟对于贫导电润固体倘样品他，测自定的妄结合且能则摆是以贴Fe鼓rm卧i能戒级为哄基准拴的，友因此暑，同庸计算氧结果悉对比奶时，骆应用贯公式注进行伍换算费。兰对于升非导互电样演品，苹参考花能级饲的确迅定是券比困棋难的料。些X列射线风光电窑子谱恰仪的柳能量次校准庭X若射线羡光电浩子能靠谱分知析的克首要避任务愚是谱颠仪的鄙能量铜校准付。一垂台工债作正董常的镜X蜻射线顺光电狮子谱箩仪应削是经细过能熟量校舱准的恒。轻X门射线剧光电宝子谱伤仪的味能量陈校准数工作授是经星常性纷的，走一般财地说馋，每姨工作咐几个饥月或悟半年扫，就嗓要重岗新校森准一怪次。灰X薄PS耻¾戴¾嫌XP扑S中罪的化素学位校移醋化学主位移呆由于纽原子被所处现的化郑学环隔境不慕同而调引起译的内润层电削子结祖合能胞的变绝化，蛋在谱俱图上简表现派为谱山峰的将位移扛，这魂一现仅象称园为化脸学位狱移。拢化学锐位移熟的分获析、思测定朗，是源XP片S盾分析伯中的浙一项踏主要僵内容昂，是召判定矛原子鼓化合镜态的侨重要访依据础。它XP污S皆¾陷¾蜻XP急S咏分析柔方法壶化合泼态识尼别衣在火XP禁S湖的应瓦用中管，化律合态雪的识庸别是颗最主问要的己用途爱之一晴。识店别化街合态栗的主扁要方纤法就畜是测侵量比X柔射线逢光电拆子谱炼的峰钱位位猫移。援对于亡半导加体、伪绝缘砌体，垦在测裳量化比学位恐移前狠应首煎先决剃定荷布电效扁应对摄峰位岗位移僚的影烧响。蜡化合伞态识寒别罪-首光电菠子峰回由于挂元素圣所处慈的化概学环液境不爪同，菊它们樱的内第层电搏子的魂轨道待结合喜能也缸不同段，即捧存在却所谓路的化预学位守移。挖其次牺，化救学环房境的佣变化生将使已一些赤元素阻的光阵电子雷谱双案峰间取的距屠离发短生变尾化，类这也兆是判允定化马学状策态的卧重要医依据污之一于。筹元素效化学看状态兴的变援化有减时还鸽将引懒起谱宰峰半撑峰高脱宽的拐变化价。靠定量反分析陡-邀元素晕灵敏始度因畏子法碍悔同举AE叔S诞中的盈灵敏欣度因映子法勇相似扎。区央别在拔于榆AE坊S范定量聋分析酒中一酱般以拿谱线钩相对档高度微计算叔，同鸟时对堵背散结射因既子等色作出友校正健；舱XP张S半中一郊般以除谱峰完面积恨计算钞，不班计入团背散项射效害应。当XP芦S菜分析绒中，苦定量毕分析蹦的方喊法与姨AE未S旗的定稻量方杏法基皮本相径似，句如标散样法扯，校鞭正曲亡线法亏等，罢大同锯小异斧。朝小面沿积奶XP泄S允分析雨某小面建积X授PS兔是近灾几年皇出现折的一贤种新怒型技表术。牧由于市X射格线源飘产生悦的X咸射线海的线黄度小打至0薪.0箭1沫mm谎左右章，使映XP眉S的峰空间摘分辨拉能力应大大骆增加绿，使灰得X姑PS客也可依以成雹像，陷并有剖利于柱深度已剖面绩分析腔。傍俄歇鞋电子权能谱喷(A访ES铜)猛俄歇俩电子劳能谱竞的基晨本机骄理是肝：董入射听电子影束或茄X射凤线使央原子估内层汇能级检电子薄电离斜，外呀层电夜子产冈生无遍辐射础俄歇敏跃迁泡，发丰射俄飘歇电饱子，爪用电践子能诞谱仪木在真屑空中症对它摆们进药行探驾测。旨俄歇娇电子灰能谱完仪特检点砌：撇AE而S大吓都用便电子晶作激虾发源桑，因雾为电倡子激爬发得外到的胸俄歇联电子梨谱强榨度较爆大闻。宜光电哥子或瞎俄歇袭电子盐，在出逸出令的路钟径上搭自由表程很忽短，巩实际彻能探诵测的厚信息菜深度候只有院表面致几个齿至十麻几个疏原子却层，矮光电闸子能伏谱通督常用蒜来作晨为表饮面分季析的事方法必。症1）魄俄歇盛电子哥的能隐量是绵靶物攻质所脉特有为的，鞋与入擦射电嫁子束巾的能弱量无党关。东汪2）钓俄歇富电子惜只能兆从2互0埃候以内杯的表性层深余度中宽逃逸遵出来及，因透而带注有表慕层物昌质的徒信息宽，即篮对表聪面成翼份非慰常敏慌感。犁正因针如此拳，俄兆歇电贩子特书别适谢用于慨作表继面化昆学成抚份分参析。音3）兴作为脸固体括表面麻分析冷法，贤信息盐深度钳惩备取逗决于音俄歇伐电子悬逸出唤深度躁，对膛于能兄量为秧50诵ev匹-2烦ke热v范交围内崖的俄奔歇电毙子，乡逸出盘深度捎为0卡.4僚-2棋nm策,深报度分恼辨率攻约为求1n猛m,低横向愧分辨劲率取洲决于杜入射丙束斑标大小裂。渐4）垫可分勒析除垄H、母He庆以外他的各汉种元愧素。述5）伯对于浴轻元疫素C精、O抛、N邻、S拳、P烘等有忧较高亩的分催析灵流敏度腿。胞6）树可进缓行成盗分的衡深度示剖析吴或薄某膜及对界面惊分析掀。硬俄歇覆能谱胖仪简患介姑俄歇链能谱伟仪主越要由金电子挖枪、慈电子亏能量降分析沿器、搭超高壶真空碎系统调、离辈子枪扭和样砌品安桨置系眯统及辛计算取机数豪据采商集和梳处理散系统甜等几己个部私分组置成。颠电子残枪却：玩由阴己极产闪生的哑电子铁束经精聚焦担后成砖为很扛小的古电子底束斑按打在亚样品高上，梁激发畜产生财俄歇樱电子碧。灯猪丝阴抄极材钻料一威般用圾六氟丛化镧算(L自aF奴6)矮，六激氟化糖镧灯泰丝比辆钨丝骄亮度很大。裹现在举的电勺子能范谱仪捞也采咐用场遣发射呢电子桐枪，添场发厌射电站子枪悲可以引提供狠比钨饶丝和参六氟津化镧会丝更惑小的储电子撑束斑剖，束咳流密寨度大待，空继间分画辨率骂高，海缺点划是易莫损坏堤。职电子蛙能量图分析播器葬：注电子泼能量乞分析喉器其弓作用假是探追测样熄品发伴射出赢来的良不同挣能量井电子候的相拣对强苍度。掌它必建须在楚高真撇空条合件下针工作驻即压雾力要并低于数10屠-3舍帕，悄以便胳尽量容减少密电子托与分倘析器手中残笨余气爱体分撕子碰脆撞的洪几率某。夏超高萄真空坛系统摸：口（一吼）猫使样石品室澡和分摘析器栗保持现一定胃的真乘空度双，以森便使弯样品妨发射挪出来凶的电样子的杂平均都自由性程相物对于搜谱仪桐的内巷部尺拦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