XPS技術(shù)及其在材料微方面中的應(yīng)用

1、材料分析測(cè)試方法XPS分析技術(shù)及其在材料微分析方面中的應(yīng)用摘要：本文介紹了X 射線光電子能譜（XPS）分析技術(shù)的基本原理、技術(shù)特點(diǎn)、研究進(jìn)展、分析儀器構(gòu)成以及在材料微分析方面的實(shí)際應(yīng)用。關(guān)鍵詞：XPS分析技術(shù)；微分析；應(yīng)用1、引 言： 近年來，利用各種物理、化學(xué)或機(jī)械的工藝過程改變基材表面狀態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)或形成特殊的表面覆層，優(yōu)化材料表面，以獲得原基材表面所不具備的某些性能，如高裝飾性、耐腐蝕、抗高溫氧化、減摩、耐磨、抗疲勞性及光、電、磁等，達(dá)到特定使用條件對(duì)產(chǎn)品表面性能的要求的各種表面特殊功能處理技術(shù)得到迅速發(fā)展；對(duì)表面分析技術(shù)發(fā)展提出更高要求1。材料表面分析業(yè)已發(fā)展為一種常用的儀器

2、分析方法，特別是對(duì)于固體材料的分析和元素化學(xué)價(jià)態(tài)分析。目前常用的表面成分分析方法有：X射線光電子能譜（XPS），俄歇電子能譜（AES），靜態(tài)二次離子質(zhì)譜（SIMS）和離子散射譜（ISS）。AES分析主要應(yīng)用于物理方面的固體材料科學(xué)的研究，而XPS的應(yīng)用面則廣泛得多，更適合于化學(xué)領(lǐng)域的研究2。SIMS和ISS由于定量效果較差，在常規(guī)表面分析中的應(yīng)用相對(duì)較少3。但近年隨著飛行時(shí)間質(zhì)譜（TOF-SIMS）的發(fā)展，使得質(zhì)譜在表面分析上的應(yīng)用也逐漸增加。X射線光電子能譜（XPS）也被稱作化學(xué)分析用電子能譜（ESCA）。該方法是在六十年代由瑞典科學(xué)家Kai Siegbahn教授發(fā)展起來。三十多年的來，X射

3、線光電子能譜無論在理論上和實(shí)驗(yàn)技術(shù)上都已獲得了長足的發(fā)展。XPS已從剛開始主要用來對(duì)化學(xué)元素的定性分析，業(yè)已發(fā)展為表面元素定性、半定量分析及元素化學(xué)價(jià)態(tài)分析的重要手段。XPS的研究領(lǐng)域也不再局限于傳統(tǒng)的化學(xué)分析，而擴(kuò)展到現(xiàn)代迅猛發(fā)展的材料學(xué)科。目前該分析方法在日常表面分析工作中的份額約50%，是一種最主要的表面分析工具。在X射線源上，已從原來的激發(fā)能固定的射線源發(fā)展到利用同步輻射獲得X射線能量單色化并連續(xù)可調(diào)的激發(fā)源6；傳統(tǒng)的固定式X射線源也發(fā)展到電子束掃描金屬靶所產(chǎn)生的可掃描式X射線源；X射線的束斑直徑也實(shí)現(xiàn)了微型化，最小的束斑直徑已能達(dá)到6m使得XPS在微區(qū)分析上的應(yīng)用得到了大幅度的加強(qiáng)。

4、圖像XPS技術(shù)的發(fā)展，大大促進(jìn)了XPS在新材料研究上的應(yīng)用。在譜儀的能量分析檢測(cè)器方面，也從傳統(tǒng)的單通道電子倍增器檢測(cè)器發(fā)展到位置靈敏檢測(cè)器和多通道檢測(cè)器，使得檢測(cè)靈敏度獲得了大幅度的提高。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的廣泛采用，使得采樣速度和譜圖的解析能力也有了很大的提高4。由于XPS具有很高的表面靈敏度，適合于有關(guān)涉及到表面元素定性和定量分析方面的應(yīng)用，同樣也可以應(yīng)用于元素化學(xué)價(jià)態(tài)的研究。此外，配合離子束剝離技術(shù)和變角XPS技術(shù)，還可以進(jìn)行薄膜材料的深度分析和界面分析。因此，XPS方法可廣泛應(yīng)用于化學(xué)化工，材料，機(jī)械，電子材料等領(lǐng)域。本文介紹了X 射線光電子能譜（XPS）的基本分析原理、技術(shù)特點(diǎn)、研究進(jìn)展、

5、分析儀器構(gòu)成以及在材料研究中應(yīng)用情況，旨在增強(qiáng)對(duì)XPS 表面分析技術(shù)系統(tǒng)了解。2、XPS 的分析原理、技術(shù)特點(diǎn)及研究進(jìn)展：2.1 XPS 的基本原理1X射線光電子能譜XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy)也被稱作化學(xué)分析用電子能譜ESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)，其基本原理在單色（或準(zhǔn)單色）X 射線照射下，測(cè)量材料表面所發(fā)射的光電子能譜來獲取表面化學(xué)成分、化學(xué)態(tài)、分子結(jié)構(gòu)等方面的信息；XPS 理論首先是由瑞典皇家科學(xué)院院士、烏普薩拉大學(xué)物理研究所所長K.Siegbahn 教授創(chuàng)立的，并于19

6、54 年研制成世界上第一臺(tái)雙聚焦磁場(chǎng)式光電子能譜儀，精確測(cè)定了元素周期表中各種原子的內(nèi)層電子結(jié)合能。2.1.1 光電效應(yīng) 在光的照射下，電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)。如下圖所示：根據(jù)Einstein的能量關(guān)系式有： hn = EB + EK 其中：n光子的頻率；h普朗克常量；EB 內(nèi)層電子的軌道結(jié)合能或電離能；EK 被入射光子所激發(fā)出的光電子的動(dòng)能。實(shí)際的X射線光電子能譜儀中的能量關(guān)系為：hn = EB + EK + s + A其中：s譜儀的功函數(shù)，光電子逸出表面所需能量；A樣品的功函數(shù)，光電子輸運(yùn)過程中因非彈性散射而損失的能量。 可見，當(dāng)入射X射線能量一定，測(cè)出功函數(shù)和電子的動(dòng)能，

7、即可求出電子的結(jié)合能。由于只有表面處的光電子才能從固體中逸出，因而測(cè)得的電子結(jié)合能必然反應(yīng)了表面化學(xué)成份的情況。樣品經(jīng)X射線輻照后，從表面出射的光電子的強(qiáng)度是與樣品中該原子的濃度有線性關(guān)系，可以利用它進(jìn)行元素的半定量分析。鑒于光電子的強(qiáng)度不僅與原子的濃度有關(guān)，還與光電子的平均自由程、樣品的表面光潔度，元素所處的化學(xué)狀態(tài)，X射線源強(qiáng)度以及儀器的狀態(tài)有關(guān)。因此，XPS技術(shù)一般不能給出所分析元素的絕對(duì)含量，僅能提供各元素的相對(duì)含量。由于元素的靈敏度因子不僅與元素種類有關(guān)，還與元素在物質(zhì)中的存在狀態(tài)，儀器的狀態(tài)有一定的關(guān)系，因此不經(jīng)校準(zhǔn)測(cè)得的相對(duì)含量也會(huì)存在很大的誤差。2.1.2 逃逸深度（m） 與俄

8、歇電子相同，只有那些來自表面附近在逃逸深度以內(nèi)的光電子才沒有經(jīng)過散射而損失能量，才對(duì)確定EB的譜峰有所貢獻(xiàn)。對(duì)于XPS 有用的光電子能量為：1001200eV；m =0.52.0 nm（金屬）；m=410nm（高聚物）。而逃逸深度與逸出角有關(guān)： = m；其中為探測(cè)角，出射方向與面法線夾角。當(dāng) = 0垂直表面射出的電子來自最大逸出深度；當(dāng) 90o，近似平行于表面射出的電子純粹來自最外表面幾個(gè)原子層。因而改變探測(cè)角可調(diào)整表面靈敏度。XPS是一種表面靈敏的分析方法，具有很高的表面檢測(cè)靈敏度，可以達(dá)到10-3原子單層，但對(duì)于體相檢測(cè)靈敏度僅為0.1%左右。XPS是一種表面靈敏的分析技術(shù)，其表面采樣深度

9、為2.05.0 nm，它提供的僅是表面上的元素含量，與體相成分會(huì)有很大的差別。而它的采樣深度與材料性質(zhì)、光電子的能量有關(guān)，也同樣品表面和分析器的角度有關(guān)。2.1.3 化學(xué)位移 由于原子所處的化學(xué)環(huán)境不同而引起的內(nèi)層電子結(jié)合能的變化，在譜圖上表現(xiàn)為譜峰的位移，這一現(xiàn)象稱為化學(xué)位移。雖然出射的光電子的結(jié)合能主要由元素的種類和激發(fā)軌道所決定，但由于原子外層電子的屏蔽效應(yīng)，芯能級(jí)軌道上的電子的結(jié)合能在不同的化學(xué)環(huán)境中是不一樣的，有一些微小的差異。這種結(jié)合能上的微小差異就是元素的化學(xué)位移，它取決于元素在樣品中所處的化學(xué)環(huán)境。一般，元素獲得額外電子時(shí)，化學(xué)價(jià)態(tài)為負(fù)，該元素的結(jié)合能降低。反之，當(dāng)該元素失去電

10、子時(shí)，化學(xué)價(jià)為正，XPS的結(jié)合能增加。 利用這種化學(xué)位移可以分析元素在該物種中的化學(xué)價(jià)態(tài)和存在形式。元素的化學(xué)價(jià)態(tài)分析是XPS分析的最重要的應(yīng)用之一。2.2 XPS分析技術(shù)特點(diǎn)2與其他表面分析技術(shù)相比，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：非破壞性；可以研究有機(jī)物等表面；真空要求相對(duì)較低；能進(jìn)行元素化合態(tài)和電子能帶結(jié)構(gòu)分析。在XPS 分析中，由于采用的X 射線激發(fā)源的能量較高，不僅可以激發(fā)出原子價(jià)軌道中的價(jià)電子，還可以激發(fā)出芯能級(jí)上的內(nèi)層軌道電子，其出射光電子的能量僅與入射光子的能量及原子軌道結(jié)合能有關(guān)。因此，對(duì)于特定的單色激發(fā)源和特定的原子軌道，其光電子的能量是特征的。當(dāng)固定激發(fā)源能量時(shí)，其光電子的能量僅與元素

11、的種類和所電離激發(fā)的原子軌道有關(guān)。因此，我們可以根據(jù)光電子的結(jié)合能定性分析物質(zhì)的元素種類。2.3 XPS分析技術(shù)研究進(jìn)展20世紀(jì)40年代瑞典Uppsala大學(xué)在-射線譜取得重大進(jìn)展，K.Siegbahn 建造了一臺(tái)能測(cè)量電子動(dòng)能的XPS儀器，其鑒別能力達(dá)10-15。三十多年的來，X射線光電子能譜無論在理論上和實(shí)驗(yàn)技術(shù)上都已獲得了長足的發(fā)展。XPS已從剛開始主要用來對(duì)化學(xué)元素的定性分析，發(fā)展成為表面元素定性、半定量分析及元素化學(xué)價(jià)態(tài)分析的重要手段。XPS 的研究領(lǐng)域也不再局限于傳統(tǒng)的化學(xué)分析，而擴(kuò)展到現(xiàn)代迅猛發(fā)展的材料學(xué)科。目前該分析方法在日常表面分析工作中的份額約50%，是一種最主要的表面分析

12、工具3。在XPS 譜儀技術(shù)發(fā)展方面也取得了巨大的進(jìn)展。在X射線源上，已從原來的激發(fā)能固定的射線源發(fā)展到利用同步輻射獲得X射線能量單色化并連續(xù)可調(diào)的激發(fā)源；傳統(tǒng)的固定式X 射線源也發(fā)展到電子束掃描金屬靶所產(chǎn)生的可掃描式X射線源；X射線的束斑直徑也實(shí)現(xiàn)了微型化，最小的束斑直徑已能達(dá)到6 mm大小，使得XPS在微區(qū)分析上的應(yīng)用得到了大幅度的加強(qiáng)。圖像XPS技術(shù)的發(fā)展，大大促進(jìn)了XPS在新材料研究上的應(yīng)用。在譜儀的能量分析檢測(cè)器方面，也從傳統(tǒng)的單通道電子倍增器檢測(cè)器發(fā)展到位置靈敏檢測(cè)器和多通道檢測(cè)器，使得檢測(cè)靈敏度獲得了大幅度的提高。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的廣泛采用，使得采樣速度和譜圖的解析能力也有了很大的提高。

13、3、 XPS儀器結(jié)構(gòu)和工作原理7 XPS儀器主要由超高真空系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、激發(fā)源、電子能量分析器和探測(cè)電子的監(jiān)測(cè)器等幾個(gè)部分組成。3.1超高真空系統(tǒng) 在X射線光電子能譜儀中必須采用超高真空系統(tǒng)，主要是出于兩方面的原因。首先，XPS是一種表面分析技術(shù)，如果分析室的真空度很差，在很短的時(shí)間內(nèi)試樣的清潔表面就可以被真空中的殘余氣體分子所覆蓋。其次，由于光電子的信號(hào)和能量都非常弱，如果真空度較差，光電子很容易與真空中的殘余氣體分子發(fā)生碰撞作用而損失能量，最后不能到達(dá)檢測(cè)器。在X射線光電子能譜儀中，為了使分析室的真空度能達(dá)到3×10-8Pa，一般采用三級(jí)真空泵系統(tǒng)。前級(jí)泵一般采用旋轉(zhuǎn)機(jī)械泵或分

14、子篩吸附泵，極限真空度能達(dá)到10-2Pa；采用油擴(kuò)散泵或分子泵，可獲得高真空，極限真空度能達(dá)到10-8Pa；而采用濺射離子泵和鈦升華泵，可獲得超高真空，極限真空度能達(dá)到10-9Pa。這幾種真空泵的性能各有優(yōu)缺點(diǎn)，可以根據(jù)各自的需要進(jìn)行組合?，F(xiàn)在的新型X射線光電子能譜儀，普遍采用機(jī)械泵-分子泵-濺射離子泵-鈦升華泵系列，這樣可以防止擴(kuò)散泵油污染清潔的超高真空分析室。3.2 快速進(jìn)樣室 X射線光電子能譜儀多配備有快速進(jìn)樣室，其目的是在不破壞分析室超高真空的情況下能進(jìn)行快速進(jìn)樣?？焖龠M(jìn)樣室的體積很小，以便能在510分鐘內(nèi)能達(dá)到10-3 Pa的高真空。有一些譜儀，把快速進(jìn)樣室設(shè)計(jì)成樣品預(yù)處理室，可以對(duì)

15、樣品進(jìn)行加熱，蒸鍍和刻蝕等操作。3.3 X射線激發(fā)源 在普通的XPS譜儀中，一般采用雙陽極靶激發(fā)源。常用的激發(fā)源有Mg K X射線、光子能量為1253.6eV 和Al K X射線、光子能量為1486.6eV。沒經(jīng)單色化的X射線的線寬可達(dá)到0.8eV，而經(jīng)單色化處理以后，線寬可降低到0.2 eV，并可以消除X射線中的雜線和韌致輻射。但經(jīng)單色化處理后，X射線的強(qiáng)度大幅度下降。3.4 離子源 在XPS中配備離子源的目的是對(duì)樣品表面進(jìn)行清潔或?qū)悠繁砻孢M(jìn)行定量剝離。在XPS譜儀中，常采用Ar離子源。Ar離子源又可分為固定式和掃描式。固定式Ar離子源由于不能進(jìn)行掃描剝離，對(duì)樣品表面刻蝕的均勻性較差，僅用

16、作表面清潔。對(duì)于進(jìn)行深度分析用的離子源，應(yīng)采用掃描式Ar離子源。3.5 能量分析器 X射線光電子的能量分析器有兩種類型，半球型分析器和筒鏡型能量分析器。 半球型能量分析器由于對(duì)光電子的傳輸效率高和能量分辯率好等特點(diǎn)，多用在XPS譜儀上。 而筒鏡型能量分析器由于對(duì)俄歇電子的傳輸效率高，主要用在俄歇電子能譜儀上。對(duì)于一些多功能電子能譜儀，由于考慮到XPS和AES的共用性和使用的則重點(diǎn)，選用能量分析器主要依據(jù)那一種分析方法為主。以XPS為主的采用半球型能量分析器，而以俄歇為主的則采用筒鏡型能量分析器。3.6 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 由于X射線電子能譜儀的數(shù)據(jù)采集和控制十分復(fù)雜，商用譜儀均采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來控制譜儀

17、和采集數(shù)據(jù)。由于XPS數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，譜圖的計(jì)算機(jī)處理也是一個(gè)重要的部分。如元素的自動(dòng)標(biāo)識(shí)、半定量計(jì)算，譜峰的擬合和去卷積等4、實(shí)驗(yàn)技術(shù)4.1 樣品的制備技術(shù)5 X射線能譜儀對(duì)分析的樣品有特殊的要求，在通常情況下只能對(duì)固體樣品進(jìn)行分析。由于涉及到樣品在真空中的傳遞和放置，待分析的樣品一般都需要經(jīng)過一定的預(yù)處理，分述如下：4.1.1樣品的大小 由于在實(shí)驗(yàn)過程中樣品必須通過傳遞桿，穿過超高真空隔離閥，送進(jìn)樣品分析室。因此，樣品的尺寸必須符合一定的大小規(guī)范，以利于真空進(jìn)樣。對(duì)于塊狀樣品和薄膜樣品，其長寬最好小于10mm，高度小于5 mm。對(duì)于體積較大的樣品則必須通過適當(dāng)方法制備成合適大小的樣品。但在制

18、備過程中，必須考慮處理過程可能對(duì)表面成分和狀態(tài)的影響。4.1.2 粉體樣品 對(duì)于粉體樣品有兩種常用的制樣方法。一種是用雙面膠帶直接把粉體固定在樣品臺(tái)上，另一種是把粉體樣品壓成薄片，然后再固定在樣品臺(tái)上。前者的優(yōu)點(diǎn)是制樣方便，樣品用量少，預(yù)抽到高真空的時(shí)間較短，缺點(diǎn)是可能會(huì)引進(jìn)膠帶的成分。后者的優(yōu)點(diǎn)是可以在真空中對(duì)樣品進(jìn)行處理，如加熱，表面反應(yīng)等，其信號(hào)強(qiáng)度也要比膠帶法高得多。缺點(diǎn)是樣品用量太大，抽到超高真空的時(shí)間太長。在普通的實(shí)驗(yàn)過程中，一般采用膠帶法制樣。4.1.3 含有有揮發(fā)性物質(zhì)的樣品 對(duì)于含有揮發(fā)性物質(zhì)的樣品，在樣品進(jìn)入真空系統(tǒng)前必須清除掉揮發(fā)性物質(zhì)。一般可以通過對(duì)樣品加熱或用溶劑清洗

19、等方法。 4.1.4 表面有污染的樣品 對(duì)于表面有油等有機(jī)物污染的樣品，在進(jìn)入真空系統(tǒng)前必須用油溶性溶劑如環(huán)己烷，丙酮等清洗掉樣品表面的油污。最后再用乙醇清洗掉有機(jī)溶劑，為了保證樣品表面不被氧化，一般采用自然干燥。4.1.5 帶有微弱磁性的樣品 由于光電子帶有負(fù)電荷，在微弱的磁場(chǎng)作用下，也可以發(fā)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)樣品具有磁性時(shí)，由樣品表面出射的光電子就會(huì)在磁場(chǎng)的作用下偏離接收角，最后不能到達(dá)分析器，因此，得不到正確的XPS譜。此外，當(dāng)樣品的磁性很強(qiáng)時(shí)，還有可能使分析器頭及樣品架磁化的危險(xiǎn)，因此，絕對(duì)禁止帶有磁性的樣品進(jìn)入分析室。一般對(duì)于具有弱磁性的樣品，可以通過退磁的方法去掉樣品的微弱磁性，然后就可以

20、象正常樣品一樣分析。4.2 離子束濺射技術(shù) 在X射線光電子能譜分析中，為了清潔被污染的固體表面，常常利用離子槍發(fā)出的離子束對(duì)樣品表面進(jìn)行濺射剝離，清潔表面。然而，離子束更重要的應(yīng)用則是樣品表面組分的深度分析。利用離子束可定量地剝離一定厚度的表面層，然后再用XPS分析表面成分，這樣就可以獲得元素成分沿深度方向的分布圖。作為深度分析的離子槍，一般采用0.55 KeV的Ar離子源。掃描離子束的束斑直徑一般在110mm范圍，濺射速率范圍為0.150 nm/min。為了提高深度分辯率，一般應(yīng)采用間斷濺射的方式。為了減少離子束的坑邊效應(yīng)，應(yīng)增加離子束的直徑。為了降低離子束的擇優(yōu)濺射效應(yīng)及基底效應(yīng)，應(yīng)提高濺

21、射速率和降低每次濺射的時(shí)間。在XPS分析中，離子束的濺射還原作用可以改變?cè)氐拇嬖跔顟B(tài)，許多氧化物可以被還原成較低價(jià)態(tài)的氧化物，如Ti、Mo、Ta等。在研究濺射過的樣品表面元素的化學(xué)價(jià)態(tài)時(shí)，應(yīng)注意這種濺射還原效應(yīng)的影響。此外，離子束的濺射速率不僅與離子束的能量和束流密度有關(guān)，還與濺射材料的性質(zhì)有關(guān)。一般的深度分析所給出的深度值均是相對(duì)與某種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的相對(duì)濺射速率4.3 樣品荷電的校準(zhǔn) 對(duì)于絕緣體樣品或?qū)щ娦阅懿缓玫臉悠?，?jīng)X射線輻照后，其表面會(huì)產(chǎn)生一定的電荷積累，主要是荷正電荷。樣品表面荷電相當(dāng)于給從表面出射的自由的光電子增加了一定的額外電壓，使得測(cè)得的結(jié)合能比正常的要高。樣品荷電問題非常復(fù)雜

22、，一般難以用某一種方法徹底消除。在實(shí)際的XPS分析中，一般采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行校準(zhǔn)。最常用的方法是用真空系統(tǒng)中最常見的有機(jī)污染碳的C1s的結(jié)合能為284.6 eV，進(jìn)行校準(zhǔn)。4.4 XPS的采樣深度 X射線光電子能譜的采樣深度與光電子的能量和材料的性質(zhì)有關(guān)。一般定義X射線光電子能譜的采樣深度為光電子平均自由程的3倍。根據(jù)平均自由程的數(shù)據(jù)可以大致估計(jì)各種材料的采樣深度。一般對(duì)于金屬樣品為0.52 nm，對(duì)于無機(jī)化合物為13 nm，而對(duì)于有機(jī)物則為310 nm。5、 XPS分析技術(shù)在材料微分析中的應(yīng)用：5.1 表面元素定性分析65.1.1 定性分析依據(jù) XPS產(chǎn)生的光電子的結(jié)合能僅與元素種類以及所激發(fā)的

23、原子軌道有關(guān)。特定元素的特定軌道產(chǎn)生的光電子能量是固定的，依據(jù)其結(jié)合能可以標(biāo)定元素；理論上可以分析除H，He以外的所有元素，并且是一次全分析。5.1.2 定性分析方法最常用的分析方法，一般利用XPS譜儀的寬掃描程序。為了提高定性分析的靈敏度，一般應(yīng)加大通能，提高信噪比通常XPS譜圖的橫坐標(biāo)為結(jié)合能，縱坐標(biāo)為光電子的計(jì)數(shù)率。在分析譜圖時(shí)，首先必須考慮消除荷電位移。對(duì)于金屬和半導(dǎo)體樣品幾乎不會(huì)荷電，因此不用校準(zhǔn)。對(duì)于絕緣樣品，則必須進(jìn)行校準(zhǔn)。因?yàn)?，?dāng)荷電較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致結(jié)合能位置有較大的偏移，導(dǎo)致錯(cuò)誤判斷。 5.1.3 XPS峰特征（1）背底上疊加一系列譜峰，峰的束縛能是各元素的特征，直接代表原子軌

24、道能級(jí)；（2）構(gòu)成背底的有軔致輻射引起的光電子發(fā)射及非彈性散射電子；（3）本底隨束縛能增加而升高。S電子是單峰，p、d、f電子產(chǎn)生雙峰；（4）在XPS中可以觀察到幾種類型的譜線。其中有些是XPS中所固有的，是永遠(yuǎn)可以觀察到的；有些則依賴于樣品的物理、化學(xué)性質(zhì)；（5）在XPS中，很多強(qiáng)的光電子譜線一般是對(duì)稱的，并且很窄。但是，由于與價(jià)電子的耦合，純金屬的XPS譜也可能存在明顯的不對(duì)稱；（6）譜線的峰寬一般是譜峰的自然線寬、X射線線寬和譜儀分辨率的卷積；（7）高結(jié)合能端弱峰的線寬一般比低結(jié)合能端的譜線寬14 eV。絕緣體的譜線一般比導(dǎo)體的譜線寬0.5 eV。另外，還必須注意攜上峰，衛(wèi)星峰，俄歇峰等

25、這些伴峰對(duì)元素鑒定的影響。一般來說，只要該元素存在，其所有的強(qiáng)峰都應(yīng)存在，否則應(yīng)考慮是否為其他元素的干擾峰。一般激發(fā)出來的光電子依據(jù)激發(fā)軌道的名稱進(jìn)行標(biāo)記如C1s，Cu2p等5。5.2 表面元素的半定量分析 XPS研究而言，并不是一種很好的定量分析方法。它給出的僅是一種半定量的分析結(jié)果，即相對(duì)含量而不是絕對(duì)含量?，F(xiàn)代XPS提供以原子百分比含量和重量百分比含量來表示的定量數(shù)據(jù)6。 由于各元素的靈敏度因子是不同的，而且XPS譜儀對(duì)不同能量的光電子的傳輸效率也是不同的，并隨譜儀受污染程度而改變，這時(shí)XPS給出的相對(duì)含量也與譜儀的狀況有關(guān)。因此進(jìn)行定量分析時(shí)，應(yīng)經(jīng)常較核能譜儀的狀態(tài)。此外，XPS僅提供幾個(gè) nm厚的表面信息，其組成不能反映體相成分。樣品表面的C, O污染以及吸附物的存在也會(huì)大大影響其定量分析的可靠性。5.3 表面元素的化學(xué)價(jià)態(tài)分析 表面元素化學(xué)價(jià)態(tài)分析是XPS的最重要的一種分析功能，也是XPS譜圖解析最難，比較容易發(fā)生錯(cuò)誤的部分。在進(jìn)行元素化學(xué)價(jià)態(tài)分析前，首先必須對(duì)結(jié)合能進(jìn)行正確的校準(zhǔn)。因?yàn)榻Y(jié)合能隨化學(xué)環(huán)境的變化較小，而當(dāng)荷電校準(zhǔn)誤差較大時(shí)，很容易標(biāo)錯(cuò)元素的