(高清版)GBT 41073-2021 表面化学分析 电子能谱 X射线光电子能谱峰拟合报告的基本要求

表面化学分析电子能谱X射线光电子能谱峰拟合报告的基本要求国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会I Ⅲ 1 1 1 25相关数据采集参数报告 25.1概述 25.2谱仪 3 3 35.5X射线源 35.6元素标识 45.7谱图能量范围 4 4 46单谱峰拟合参数报告 46.1概述 46.2本底范围 46.3本底积分范围 46.4本底类型 46.5拟合本底应用 5 56.7峰面积和峰高度 5 5 56.10峰形 56.11峰不对称参数 66.12峰拟合处理 66.13残差谱 6 6 67.2多重谱数据集的峰拟合方法 67.3约束传播 6 7 7ⅡGB/T41073—2021/ISO19830:2015 810谱的去卷积 811拟合质量与不确定度 811.1概述 811.2拟合质量 811.3结合能的不确定度 811.4峰面积的不确定度 8附录A(资料性)报告峰拟合示例 9附录B(资料性)多层数据集峰拟合报告 附录C(资料性)报告峰拟合参数模板 附录D(资料性)统计方法 Ⅲ本文件等同采用ISO19830:2015《表面化学分析电子能谱X射线光电子能谱峰拟合报告的基VGB/T41073—2021/IS许多材料表面所获得的X射线光电子能谱(XPS)谱图比较复杂，且常含有重叠或者不能分辨的析者必须确认峰拟合后报告的每个峰的位置(用于确定化学态)与峰面积(用于峰拟合后应报告的参数大多是定义那些曲线的参数。其他因子由分析者选择，以确保峰拟合处理峰拟合是一种获得可能与分析表面化学性质相关的定量与定性结果的纯数学处理。拟合结果将依大多数用于XPS数据处理的软件包都包含峰拟合程序。这些程序允许操作者选择合适的参数以及使用所需的约束条件进行拟合处理。很可能软件会提供报告这些信息的输出以本文件不提供用于XPS峰拟合或者将峰拟合处理结果与被分析表面化学性质关联的说明。事实12FWHM半高峰宽(fullwidthat比(ratiooftheintensityoftheLorepseudoVoigtpeakconsistingofthesumof3峰拟合结果的目的，只需要报告包含最大计数的通道的计数率。检测器线性的检测方法可参见4这里涉及的一些因素包括能量损失特征与震激峰的存在。这些特征峰的5商或软件设计者开发出来的本底类型。使用迭代或非迭代方法可以计算Shirley本底。计算方法应予—-由分析者约束的峰拟合方法，这样每个参数只能落在分析者定义的范围内；对于特定峰包络线的拟合，可能用到上述的一个以上或者甚至全部。应报告用于获得与各个峰相峰拟合通常用来获得用于定量的峰面积，应报告每个拟合峰的面积。峰高通常是峰拟合过程中被当拟合包含已知相对强度与间距的自旋双峰的峰包络线时，约束峰拟合以保持正确的相对强度与在拟合过程中，通过约束峰面积比或峰高比可以获得正确的相对强度。如果约束了这些参数的任可以使用强制约束使拟合峰包络线中各峰宽相等。这里可能合适的例子是双峰拟合。或者，如果峰宽被约束以至于只能选取两个给定极值之间的值，这可能有助于拟合处理。如果使用这两个约束中6.10峰形67b)使用与参考谱中定义的约束相同的参数拟合每个谱。c)数据集的不同部分可使用不同的参考谱。该数据集每一部分中的谱采用其合适的参考谱确定的约束。d)在拟合参考谱时，计算的每一参数值始终会用到。例如，当拟合参考谱时，峰位可以允许有一些容差极限，但是在之后的谱图拟合中，峰位被限定在由参考谱计算所得的位置处。e)在拟合参考谱时，计算的每一参数值始终会用到，但是对之后的谱允许有一定的容限。例如，当拟合参考谱时，峰位可以允许有(w±x)eV的取值，然后计算所得的yeV值作为峰位。分析者可以在之后的计算中选择约束峰位落在(y±z)eV的范围内。对于给定的一组谱图，可以采用不止一种上述方法来传播约束。应报告传播每一约束所选择的方法。附录B提供了一个应如何报告多重谱数据集拟合的例子。7.4本底传播对一组谱中的每个谱使用相同参数进行本底计算可能是不合适的。图1给出了这样一个数据集的例子。在此例中，每个谱都采用了有相同谱范围和其他参数的Shirley本底。在剖析开始时，峰的结合能对应氧化钽的特征，而剖析结束，可以发现峰的结合能对应于元素钽。峰发生位移的事实意味着对于来自元素钽的谱本底处于错误的位置。这会对相关谱图的数据定量产生显著影响。ab结合能/eV结合能/结合能/eV图1来自钽上氧化钽溅射深度剖析第一层与最后一层的Ta4f谱图很明显，对于本数据集的每个谱图应使用一些调整或计算本底参数的方法来避免这里所描述的此类问题。所使用的方法应予以报告。8卫星峰扣除只有在使用非单色化的X射线源的情况下才需要扣除卫星峰。来自此类激发源的X射线谱图含8有几个不同能量的峰。这些能量中每一能量的光子都会在XPS谱图中产生峰。由于来自XPS常用激线中扣除来自双峰中的次强组分的贡献。这可以起到简化谱图的效果，并——定义本底所需的本底类型与可调参数的值。本底的定义可能与依照6.2、6.3和6.4的报告内以较低分辨采集的数据通过数学运算可以获得更好应报告足够多的信息使得分析者可以评估拟合谱图的质量以及可能存在于应给出计算峰位不确定度的评估报告。如果所用软件没有提供这样的评估，则可以使用D.1.4中应报告计算峰面积的不确定度。如果所用软件没有提供这样的评估，则可以使用D.1.5中提供的9强度/cpsGB/T41073—2021/ISO198强度/cps(资料性)报告峰拟合示例图A.1显示了一个表面有碳污染薄层的Al₂O₃样品的C1s的XPS谱图。图中表明来自碳的采集谱图经拟合后存在四种化学态的峰。Shirley本底以及残差谱也在图中显示。宜注意的是，所选谱图拟合报告的参数仅用来演示说明本文件的要求，并不意味着这是用于拟合谱图的推荐性方法。0-本底--包络线292290288图A.1表面有碳污染薄层的Al₂O₃样品的C1s谱图表A.1与表A.2报告了本文件描述的所有参数。表A.1列举了与整个谱相关的参数，而表A.2给出了用于谱图中单个峰的参数以及峰拟合约束。为适合本文件，格式已做了修改与缩减。这些表格的格式代表用于报告峰拟合参数的合适方法，但是也可以使用其他能清晰准确报告参数的任何格式。当在分析中拟合单个谱区域时，需要表A.1报告的数据。在给定分析中经常需要拟合一个以上的谱区域，表A.1中的许多参数将适用于所有的谱区域，仅需报告一次。只有那些对于每个谱区域都不同的参数需要分别对每个区域报告。这些可能是小表A.1用于图A.1所示谱图峰拟合之前的实验条件与参数条能谱仪型号××X型扫描(模式)是谱图结合能范围使用否高端结合能终点平均值范围0.5eV(在高结合能与低结合能处)拟合本底的应用×××版本峰形模型高斯-洛伦兹约化△Xỉ(定义见D.1.5)第8章第9章不适用第10章不适用注：为方便使用，附录C提供了空白模板用于记录这些参数，所示格式并不强制使用。峰参考峰标峰结合结合能的标准峰高/面积的度(%)A峰A约束固定0固定0固定B6固定0固定0固定C峰C约束5固定0固定0固定D峰D约束3固定0固定0固定注：此表不是模板，因为所用格式可能要适合所使用的软件。峰标签最好可能包含某一种化学态，例如，峰标签C1sD峰可以标注为C1s(0=C-O)。使用附录D所述的方法计算这些参数的标准偏差。如果约束行中的单元格是空白的，这意味着参数可以取拟合方法计算的任意值。d如果“固定”一词出现在约束单元格中，它意味着该参数由分析者所选且·C1sB峰、C1sC峰和C1sD峰的L/G混合(%(资料性)许多类型的XPS测试都需要多次采集一种或多种给定元素的谱图。这种测试的一个例子就是深度剖析数据的采集。许多情况下，需要拟合在这种实验中采集的所有峰或者素的所有峰。本附录提供了这种情况下如何报告峰拟合的例子。为方便起见，选择了此示例的格式。如果用于峰拟合的软件更容易生成其他格式，则可以使用其他格式。本本附录中使用的例子来自对二氧化硅基底上含碳材料的深度剖析。为方子束刻蚀样品并重复采集谱图。重复该循环直到达到所需的深度，则可以获图。为了从数据中提取所需要的信息，对数据集中每一层的一些或所有元素的峰进行拟合通常是必图B.1显示了一个50层的深度剖析中第9层的C1s谱图。在该剖析中它用作拟合所有C1s谱的11220图B.1含碳层深度剖析示例此例中，所示谱图经拟合用作参考谱。应采用附录D所说明的以及第7章所述的方法报告该谱图9峰标签C1s(低结合能)C1s(高结合能)用于其他层的限定固定约束在285.5eV～286.7eV范围内参考谱的半高峰宽参考谱的半高峰宽约束在1.0eV～1.8eV范围内参考谱的L/G混合/%固定等于参考谱的值固定等于参考谱的值·如果报告了表A.2的等效值，则这些行可如表B.1的表格。(资料性)X射线源X射线束斑大小(资料性)统计方法D.1定义和公式本附录提供一些定义和公式，可能对拟合谱图的统计分析有帮助。对于统计技术的详细描述见参D.1.1卡方N——谱仪的通道总数(即数据点的数目);r,——通道i中谱的残差(从总的计数而不是每秒计数中获得);c₁——扣本底前通道i的计数总数。D.1.2约化卡方N——拟合谱图部分的能量通道数；M——拟合处理中可独立调节的参数的数量；与1的偏差表明除随机计数统计外的其他因素影响拟合，这种偏差取决于自由度的数量。例如，如果N-M是30,且约化卡方值在0.5～1.8范围之外，则很有可能除计数统计外的其他因素影响峰拟合质量。如果N-M是200,则范围变为0.7～1.3。这些值仅用来作为指南，并不是严格推导出来的。更严b)模型谱图中峰可能被遗漏。d)可能还未达到最优化的拟合。D.1.4评估峰位不确定度化(△aeV),而且在再次运行峰拟合程序之通常峰面积不用作拟合参数，因为它是由用于拟合峰的两个参数(峰高和峰宽)计算得到的。因此(△h计数，这里△h大约是初始峰高的2%),在再里△w大约是初始峰宽的2%),在再次运行峰拟合程序之前固定该值且峰高固定在ho。这会p=2awo—bh。…………(D.8)[2]ISO21270Surfacechemicalanalysis—X-raypters—Linearityofintensi[3]POWELLC.J.,&CONNYJ.M.Surf.InterfaceAnal.2