XPS原理及分析PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1XPS原理及分析原理及分析第1頁(yè)/共45頁(yè)二、X射線(xiàn)光電子能譜分析的基本原理 電子能譜分析是一種研究物質(zhì)表層元素組成與離子狀態(tài)的表面分析技術(shù)，其基本原理是用單色射線(xiàn)照射樣品，使樣品中原子或分子的電子受激發(fā)射，然后測(cè)量這些電子的能量分布。通過(guò)與已知元素的原子或離子的不同殼層的電子的能量相比較，就可確定未知樣品表層中原子或離子的組成和狀態(tài)。第2頁(yè)/共45頁(yè)1、光電效應(yīng) 當(dāng)一束能量為h的單色光與原子發(fā)生相互作用，而入射光量子的能量大于原子某一能級(jí)電子的結(jié)合能時(shí)，發(fā)生電離： M + h= M*+ + e- 光電效應(yīng)過(guò)程同時(shí)滿(mǎn)足能量守恒和動(dòng)量守恒，入射光子和光電子的動(dòng)量之間的差額是由原子的反沖來(lái)

2、補(bǔ)償?shù)摹?光電效應(yīng)的幾率隨著電子同原子核結(jié)合的加緊而很快的增加，所以只要光子的能量足夠大，被激發(fā)的總是內(nèi)層電子。外層電子的光電效應(yīng)幾率就會(huì)很小，特別是價(jià)帶，對(duì)于入射光來(lái)說(shuō)幾乎是“透明”的。 第3頁(yè)/共45頁(yè)光電子動(dòng)能: Ek= h- Eb-sp（ sp是功函數(shù)）第4頁(yè)/共45頁(yè)34567891112元素元素LiBeBCNOFNaMg1.14.211224064100 195 266第5頁(yè)/共45頁(yè)n spf(l=3), 表示表示n在給定殼層的能級(jí)上，在給定殼層的能級(jí)上， l 電子能量電子能量略略第6頁(yè)/共45頁(yè)第7頁(yè)/共45頁(yè)第8頁(yè)/共45頁(yè)第9頁(yè)/共45頁(yè)0132第10頁(yè)/共45頁(yè)3、電子結(jié)

3、合能 一個(gè)自由原子或離子的結(jié)合能，等于將此電子從所在的能級(jí)轉(zhuǎn)移到無(wú)限遠(yuǎn)處所需的能量。 第11頁(yè)/共45頁(yè)4、XPS信息深度 第12頁(yè)/共45頁(yè)5、化學(xué)位移 同種原子由于處于不同的化學(xué)環(huán)境，引起內(nèi)殼層電子結(jié)合能的變化，在譜圖上表現(xiàn)為譜線(xiàn)的位移，這種現(xiàn)象稱(chēng)為化學(xué)位移。 所謂某原子所處化學(xué)環(huán)境不同，一是指與它結(jié)合的元素種類(lèi)和數(shù)量不同，二是指原子具有不同的價(jià)態(tài)。 原子內(nèi)殼層電子的結(jié)合能隨原子氧化態(tài)的增高而增大；氧化態(tài)愈高，化學(xué)位移也愈大。第13頁(yè)/共45頁(yè) 核心部件：激發(fā)源；能量分析器；和電子探測(cè)器 第14頁(yè)/共45頁(yè)第15頁(yè)/共45頁(yè)第16頁(yè)/共45頁(yè)第17頁(yè)/共45頁(yè))(/E2112rrrrcce

4、Vbl改變V便可選擇不同的EK，如果在球形電容器上加一個(gè)掃描電壓，會(huì)對(duì)不同能量的電子具有不同的偏轉(zhuǎn)作用，從而 第18頁(yè)/共45頁(yè)典型譜圖橫坐標(biāo)：電子束縛能(能直接反映電子殼層/能級(jí)結(jié)構(gòu))或動(dòng)能；eV縱坐標(biāo)：cps（Counts per second），相對(duì)光電子流強(qiáng)度譜峰直接代表原子軌道的結(jié)合能第19頁(yè)/共45頁(yè)Fe的清潔表面第20頁(yè)/共45頁(yè)掃描1次掃描3次涂膜玻璃的Si2p譜第21頁(yè)/共45頁(yè)1、xps光電子線(xiàn)及伴線(xiàn)A、光電子線(xiàn) 最強(qiáng)的光電子線(xiàn)常常是譜圖中強(qiáng)度最大、峰寬最小、對(duì)稱(chēng)性最好的譜峰，稱(chēng)為xps的主線(xiàn)。每一種元素都有自己最強(qiáng)的、具有表征作用的光電子線(xiàn)，它是元素定性分析的主要依據(jù)。T

5、i及及TiO2中中2p3/2峰的峰位及峰的峰位及2p1/2和和2p3/2之間的距離之間的距離 第22頁(yè)/共45頁(yè)第23頁(yè)/共45頁(yè)第24頁(yè)/共45頁(yè)Mg Ka射線(xiàn)的衛(wèi)星峰第25頁(yè)/共45頁(yè)Al Ka 、Mg Ka衛(wèi)星峰離主光電子峰的位移和相對(duì)強(qiáng)度衛(wèi)星峰離主光電子峰的位移和相對(duì)強(qiáng)度射線(xiàn)名稱(chēng)射線(xiàn)名稱(chēng)Ka1,2Ka3Ka4Ka5Ka6Kb高動(dòng)能端位高動(dòng)能端位移移0eV8.4eV10.2eV17.5eV20.0eV48.5eV相對(duì)強(qiáng)度相對(duì)強(qiáng)度1009.25.10.80.52.0高動(dòng)能端位高動(dòng)能端位移移0eV9.8eV11.8eV20.1eV23.4eV69.7eV相對(duì)強(qiáng)度相對(duì)強(qiáng)度1007.83.30.

6、420.282.0第26頁(yè)/共45頁(yè)第27頁(yè)/共45頁(yè)二氧化硅中O1s的能量損失峰Al的2s的能量損失峰a：清潔表面；b：氧化表面第28頁(yè)/共45頁(yè)振激過(guò)程第29頁(yè)/共45頁(yè)第30頁(yè)/共45頁(yè)第31頁(yè)/共45頁(yè)b x射線(xiàn)等衛(wèi)星峰的干擾；射線(xiàn)等衛(wèi)星峰的干擾；n 對(duì)那些反復(fù)核對(duì)但沒(méi)有歸屬的譜線(xiàn)，可對(duì)那些反復(fù)核對(duì)但沒(méi)有歸屬的譜線(xiàn)，可能是鬼線(xiàn)；能是鬼線(xiàn)；第32頁(yè)/共45頁(yè)yDQAfIe00第33頁(yè)/共45頁(yè)yDQAfSSIyDQAfIee0000/)/()/()/(221121SISI)/()/()(iixxixxSISIC第34頁(yè)/共45頁(yè)半峰寬峰面積峰高第35頁(yè)/共45頁(yè)第36頁(yè)/共45頁(yè)CoNiAl多層磁帶材料耗時(shí)36h第37頁(yè)/共45頁(yè)n 溶膠溶膠n 譜儀油污染譜儀油污染碳碳二氧化鈦涂層玻璃（溶膠凝膠）第38頁(yè)/共45頁(yè)第39頁(yè)/共45頁(yè)第40頁(yè)/共45頁(yè)鈦離子鈦離子價(jià)態(tài)價(jià)態(tài)峰位峰位/eV相對(duì)原子含量相對(duì)原子含量4458.4567.793457.732.21第41頁(yè)/共45頁(yè)O離子峰位離子峰位/eV529.40530.70531.90532.80相對(duì)原子含量相對(duì)原子含量65.7420.3710.653.24對(duì)應(yīng)的結(jié)合狀態(tài)對(duì)應(yīng)的結(jié)合狀態(tài)TiO2Ti2O3OH碳酸根碳酸根第42頁(yè)/共45頁(yè)第43頁(yè)/共45頁(yè)元素元素譜線(xiàn)譜線(xiàn)結(jié)合能結(jié)合能/eV峰面積峰面積靈敏度靈敏度因子因子相對(duì)原