第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析

第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析

第4講

材料的結(jié)構(gòu)檢測(cè)

4.1光學(xué)顯微鏡、定量金相分析技術(shù)4.2X射線衍射分析4.3掃描電鏡、透射電鏡分析4.4表面成分分析4.5電子顯微技術(shù)的新進(jìn)展4.6差熱分析4.7超聲波檢測(cè)第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析

4.4表面成分分析隨著材料科學(xué)的進(jìn)展，人們發(fā)現(xiàn)除固體內(nèi)部的缺陷和雜質(zhì)影響材料性能之外，固體的表面(包括晶界和相界等內(nèi)表面)狀態(tài)對(duì)材料性能也有重要影響。例如，金屬材料的氧化和腐蝕，材料的脆性和斷裂行為，半導(dǎo)體的外延生長(zhǎng)等，都與表面幾個(gè)原子層范圍內(nèi)的化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，從而要求從微觀的、原子和分子的尺度上認(rèn)識(shí)表面現(xiàn)象，為此，需要發(fā)展研究表面成分和結(jié)構(gòu)的新物理方法。在研究表面現(xiàn)象時(shí)，由于涉及的層深很淺，故需對(duì)樣品的制備和分析過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格控制，以防止外來(lái)污染造成的假象和誤差。因此，用于分析的儀器必須具有極高的真空度(10-9~10-10mmHg)；同時(shí)，由于被檢測(cè)信息來(lái)自極小的采樣體積，信息強(qiáng)度微弱，因此，對(duì)信息檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度要求也很高。由于上述兩方面的原因，表面分析技術(shù)一直到60年代以后，隨著超高真空技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展才開(kāi)始出現(xiàn)，并在隨后的10年中得到了較快的發(fā)展。第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析

與金屬的表面結(jié)構(gòu)和成分分析有關(guān)的儀器和技術(shù)主要有：1．俄歇電子能譜分析(AugerElectronSpectrometry．簡(jiǎn)稱AES)；2．離子探針(IonMicroanalysis，簡(jiǎn)稱IMA);3．場(chǎng)離子顯微鏡和原子探針(FieldIonMicroscopyandAtomProbe，簡(jiǎn)稱FIM);4．低能電子衍射(LowEnergyElectronDiffraction，簡(jiǎn)稱LEED).4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析電子能譜分析法是采用單色光源（如X射線、紫外光）或電子束去照射樣品，使樣品中電子受到激發(fā)而發(fā)射出來(lái)，然后測(cè)量這些電子的產(chǎn)額（強(qiáng)度）對(duì)其能量的分布，從中獲得有關(guān)信息的一類分析方法。本節(jié)主要介紹俄歇電子能譜法(AES)X射線光電子能譜法(XPS)

紫外光電子能譜法(UPS)4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析（一）俄歇電子能譜法俄歇電子能譜法是用具有一定能量的電子束(或X射線)激發(fā)樣品俄歇效應(yīng)，通過(guò)檢測(cè)俄歇電子的能量和強(qiáng)度，從而獲得有關(guān)材料表面化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的信息的方法。（1）基本原理俄歇電子的產(chǎn)生——俄歇效應(yīng)X射線激發(fā)固體中原子內(nèi)層電子使原子電離，原子在發(fā)射光電子的同時(shí)內(nèi)層出現(xiàn)空位，此時(shí)原子(實(shí)際是離子)處于激發(fā)態(tài)，將發(fā)生較外層電子向空位躍遷以降低原子能量的過(guò)程，此過(guò)程可稱為退激發(fā)或去激發(fā)過(guò)程。退激發(fā)過(guò)程有兩種互相競(jìng)爭(zhēng)的方式，即發(fā)射特征X射線或發(fā)射俄歇電子。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析俄歇效應(yīng)——俄歇電子的產(chǎn)生(示意圖)初態(tài)終態(tài)原子內(nèi)層(例如K層)出現(xiàn)空位，較外層(例如L層)電子向內(nèi)層輻射躍遷，發(fā)射的輻射即X射線，其光子頻率取決于電子躍遷前(電子在L層)與躍遷后(電子在K層)的能級(jí)差（hv=E=EL－Ek），也可說(shuō)取決于初態(tài)(躍遷前，K層空位)與終態(tài)(躍遷后，L層空位)電子結(jié)合能之差(hv=Eb=EbK－EbL)，故稱為特征X射線(表征元素的特征信息)。由于是光激發(fā)(光致電離)，故發(fā)射的X射線為熒光(二次)X射線。如原子的退激發(fā)不以發(fā)射X射線的方式進(jìn)行，則將以發(fā)射俄歇電子的方式進(jìn)行，此過(guò)程稱俄歇過(guò)程或俄歇效應(yīng)。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析俄歇電子的激發(fā)方式雖然有多種（如X射線、電子束等），但通常主要采用一次電子激發(fā)。因?yàn)殡娮颖阌诋a(chǎn)生高束流，容易聚焦和偏轉(zhuǎn)。俄歇電子的能量和入射電子的能量無(wú)關(guān)，只依賴于原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)和俄歇電子發(fā)射前它所處的能級(jí)位置。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析俄歇電子產(chǎn)額俄歇電子產(chǎn)額或俄歇躍遷幾率決定俄歇譜峰強(qiáng)度，直接關(guān)系到元素的定量分析。俄歇電子與特征X射線是兩個(gè)互相關(guān)聯(lián)和競(jìng)爭(zhēng)的發(fā)射過(guò)程。對(duì)同一K層空穴，退激發(fā)過(guò)程中熒光X射線與俄歇電子的相對(duì)發(fā)射幾率，即熒光產(chǎn)額(K)和俄歇電子產(chǎn)額()滿足=1－K俄歇電子產(chǎn)額與原子序數(shù)的關(guān)系由圖可知，對(duì)于K層空穴Z<19，發(fā)射俄歇電子的幾率在90％以上；隨Z的增加，X射線熒光產(chǎn)額增加，而俄歇電子產(chǎn)額下降。Z<33時(shí)，俄歇發(fā)射占優(yōu)勢(shì)。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析俄歇分析的選擇通常對(duì)于Z≤14的元素，采用KLL俄歇電子分析；14<Z<42的元素，采用LMM俄歇電子較合適；Z>42時(shí)，以采用MNN和MNO俄歇電子為佳。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析為什么說(shuō)俄歇電子能譜分析是一種表面分析方法且空間分辨率高？大多數(shù)元素在50~1000eV能量范圍內(nèi)都有產(chǎn)額較高的俄歇電子，它們的有效激發(fā)體積（空間分辨率）取決于入射電子束的束斑直徑和俄歇電子的發(fā)射深度。能夠保持特征能量（沒(méi)有能量損失）而逸出表面的俄歇電子，發(fā)射深度僅限于表面以下大約2nm以內(nèi)，約相當(dāng)于表面幾個(gè)原子層，且發(fā)射（逸出）深度與俄歇電子的能量以及樣品材料有關(guān)。在這樣淺的表層內(nèi)逸出俄歇電子時(shí)，入射電子束的側(cè)向擴(kuò)展幾乎尚未開(kāi)始，故其空間分辨率直接由入射電子束的直徑?jīng)Q定。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析直接譜與微分譜直接譜：俄歇電子強(qiáng)度[密度(電子數(shù))]N(E)對(duì)其能量E的分布[N(E)－E]。微分譜：由直接譜微分而來(lái)，是dN(E)/dE對(duì)E的分布[dN(E)/dE－E]。俄歇電子能譜示例(銀原子的俄歇能譜)4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析化學(xué)位移與伴峰原子“化學(xué)環(huán)境”變化，不僅可能引起俄歇峰的位移(稱化學(xué)位移)，也可能引起其強(qiáng)度的變化，這兩種變化的交疊，則將引起俄歇峰(圖)形狀的改變。原子“化學(xué)環(huán)境”指原子的價(jià)態(tài)或在形成化合物時(shí)，與該(元素)原子相結(jié)合的其它(元素)原子的電負(fù)性等情況如：原子發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移(如價(jià)態(tài)變化)引起內(nèi)層能級(jí)變化，從而改變俄歇躍遷能量，導(dǎo)致俄歇峰位移；又如：不僅引起價(jià)電子的變化(導(dǎo)致俄歇峰位移)，還造成新的化學(xué)鍵(或帶結(jié)構(gòu))形成以致電子重新排布的化學(xué)環(huán)境改變，將導(dǎo)致譜圖形狀的改變(稱為價(jià)電子譜)等。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析化學(xué)位移示例Mo(110)面俄歇能譜4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析伴峰由于俄歇電子逸出固體表面時(shí)，有可能產(chǎn)生不連續(xù)的能量損失，從而造成在主峰的低能端產(chǎn)生伴峰的現(xiàn)象。如：入射電子引起樣品內(nèi)殼層電子電離而產(chǎn)生伴峰(稱為電離損失峰)；又如：入射電子激發(fā)樣品(表面)中結(jié)合較弱的價(jià)電子產(chǎn)生類似等離子體振蕩的作用而損失能量，形成伴峰(稱等離子體伴峰)等。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析（2）俄歇電子能譜儀主要組成部分：電子槍、能量分析器、二次電子探測(cè)器、（樣品）分析室、濺射離子槍和信號(hào)處理與記錄系統(tǒng)等。樣品和電子槍裝置需置于10-7~10-8Pa的超高真空分析室中。俄歇譜儀示意圖4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析俄歇電子能譜儀發(fā)展初期的俄歇譜儀只能做定點(diǎn)的成分分析。70年代中，把細(xì)聚焦掃描入射電子束與俄歇能譜儀結(jié)合構(gòu)成掃描俄歇微探針(SAM)，可實(shí)現(xiàn)樣品成分的點(diǎn)、線、面分析和深度剖面分析。由于配備有二次電子和吸收電子檢測(cè)器及能譜探頭，使這種儀器兼有掃描電鏡和電子探針的功能。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析（3）俄歇電子能譜分析定性分析任務(wù)：根據(jù)實(shí)測(cè)的直接譜(俄歇峰)或微分譜上的負(fù)峰的位置識(shí)別元素。方法：與標(biāo)準(zhǔn)譜進(jìn)行對(duì)比。注意：由于電子軌道之間可實(shí)現(xiàn)不同的俄歇躍遷過(guò)程，所以每種元素都有豐富的俄歇譜，由此導(dǎo)致不同元素俄歇峰的干擾。對(duì)于原子序數(shù)為3~14的元素，最顯著的俄歇峰是由KLL躍遷形成的；對(duì)于原子序數(shù)14~40的元素，最顯著的俄歇峰則是由LMM躍遷形成的。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析俄歇電子能量圖主要俄歇峰的能量用空心圓圈表示，實(shí)心圓圈代表每個(gè)元素的強(qiáng)峰4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析定性分析的一般步驟：(1)利用“主要俄歇電子能量圖”，確定實(shí)測(cè)譜中最強(qiáng)峰可能對(duì)應(yīng)的幾種(一般為2、3種)元素；(2)實(shí)測(cè)譜與可能的幾種元素的標(biāo)淮譜對(duì)照，確定最強(qiáng)峰對(duì)應(yīng)元素的所有峰；(3)反復(fù)重復(fù)上述步驟識(shí)別實(shí)測(cè)譜中尚未標(biāo)識(shí)的其余峰。注意：化學(xué)環(huán)境對(duì)俄歇譜的影響造成定性分析的困難(但又為研究樣品表面狀況提供了有益的信息)，應(yīng)注意識(shí)別。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析定量分析基本上是半定量的水平(常規(guī)情況下，相對(duì)精度僅為30%左右)常用的定量分析方法是相對(duì)靈敏度因子法。該法準(zhǔn)確性較低，但不需標(biāo)樣，因而應(yīng)用較廣。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析（4）俄歇電子能譜法的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：①作為固體表面分析法，其信息深度取決于俄歇電子逸出深度(電子平均自由程)。對(duì)于能量為50eV~2keV范圍內(nèi)的俄歇電子，逸出深度為0.4~2nm。深度分辨率約為1nm，橫向分辨率取決于入射束斑大小。②可分析除H、He以外的各種元素。③對(duì)于輕元素C、O、N、S、P等有較高的分析靈敏度。④可進(jìn)行成分的深度剖析或薄膜及界面分析。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析俄歇電子能譜在材料科學(xué)研究中的應(yīng)用①材料表面偏析、表面雜質(zhì)分布、晶界元素分析；②金屬、半導(dǎo)體、復(fù)合材料等界面研究；③薄膜、多層膜生長(zhǎng)機(jī)理的研究；④表面的力學(xué)性質(zhì)(如摩擦、磨損、粘著、斷裂等)研究；⑤表面化學(xué)過(guò)程(如腐蝕、鈍化、催化、晶間腐蝕、氫脆、氧化等)研究；⑥集成電路摻雜的三維微區(qū)分析；⑦固體表面吸附、清潔度、沾染物鑒定等。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析局限性①不能分析氫和氦元素；②定量分析的準(zhǔn)確度不高；③對(duì)多數(shù)元素的探測(cè)靈敏度為原子摩爾分?jǐn)?shù)0.1%~1.0%；④電子束轟擊損傷和電荷積累問(wèn)題限制其在有機(jī)材料、生物樣品和某些陶瓷材料中的應(yīng)用；⑤對(duì)樣品要求高，表面必須清潔(最好光滑)等。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析（二）X射線光電子能譜法X射線光電子能譜法（XPS），因最初以化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用為主要目標(biāo)，故又稱為化學(xué)分析用電子能譜法（ESCA）。技術(shù)基礎(chǔ)：X射線激發(fā)物質(zhì)光電離、光電子發(fā)射過(guò)程及其能量關(guān)系等見(jiàn)“X射線衍射分析”的相關(guān)介紹。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析（1）基本原理能譜中表征樣品芯層電子結(jié)合能的一系列光電子譜峰稱為元素的特征峰(參見(jiàn)右圖)。Ag的光電子能譜圖（MgK激發(fā)）4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析化學(xué)位移因原子所處化學(xué)環(huán)境不同，使原子芯層電子結(jié)合能發(fā)生變化，則X射線光電子譜譜峰位置發(fā)生移動(dòng)，稱之為譜峰的化學(xué)位移。圖示為帶有氧化物鈍化層的Al的2p光電子能譜圖。由圖可知，原子價(jià)態(tài)的變化導(dǎo)致Al的2p峰位移。Al的2p電子能譜的化學(xué)位移4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析物理位移由于固體的熱效應(yīng)與表面荷電效應(yīng)等物理因素引起電子結(jié)合能改變，從而導(dǎo)致光電子譜峰位移，此稱之為物理位移。在應(yīng)用X射線光電子譜進(jìn)行化學(xué)分析時(shí)，應(yīng)盡量避免或消除物理位移。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析伴峰與譜峰分裂能譜中出現(xiàn)的非光電子峰稱為伴峰。如光電子(從產(chǎn)生處向表面)輸遠(yuǎn)過(guò)程中因非彈性散射(損失能量)而產(chǎn)生的能量損失峰，X射線源(如Mg靶的K1與K2雙線)的強(qiáng)伴線(Mg靶的K3與K4等)產(chǎn)生的伴峰，俄歇電子峰等。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析譜峰分裂能譜峰分裂有多重態(tài)分裂與自旋-軌道分裂等。如果原子、分子或離子價(jià)(殼)層有未成對(duì)電子存在，則內(nèi)層芯能級(jí)電離后會(huì)發(fā)生能級(jí)分裂從而導(dǎo)致光電子譜峰分裂，稱之為多重分裂。圖示為O2分子X(jué)射線光電子譜多重分裂。電離前O2分子價(jià)殼層有兩個(gè)未成對(duì)電子，內(nèi)層能級(jí)(O1s)eV。氧分子O1s多重分裂(a)氧原子O1s峰；(b)氧分子中O1s峰分裂4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析自旋-軌道分裂一個(gè)處于基態(tài)的閉殼層(閉殼層指不存在未成對(duì)電子的電子殼層)原子光電離后，生成的離子中必有一個(gè)未成對(duì)電子。若此未成對(duì)電子角量子數(shù)l＞0，則必然會(huì)產(chǎn)生自旋-軌道偶合(相互作用)，使未考慮此作用時(shí)的能級(jí)發(fā)生能級(jí)分裂(對(duì)應(yīng)于內(nèi)量子數(shù)j的取值j＝l+1/2和j＝l-1/2形成雙層能級(jí))，從而導(dǎo)致光電子譜峰分裂；此稱為自旋-軌道分裂。Ag的光電子能譜圖（MgK激發(fā)）4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析（2）X射線光電子能譜儀主要組成部分：X光源(激發(fā)源)，樣品室，電子能量分析器和信息放大、記錄(顯示)系統(tǒng)等組成。(X射線)光電子能譜儀方框圖4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析（3）X射線光電子能譜分析與應(yīng)用元素(及其化學(xué)狀態(tài))定性分析方法：以實(shí)測(cè)光電子譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖相對(duì)照，根據(jù)元素特征峰位置(及其化學(xué)位移)確定樣品(固態(tài)樣品表面)中存在哪些元素(及這些元素存在于何種化合物中)。常用Perkin-Elmer公司的X射線光電子譜手冊(cè)定性分析原則上可以鑒定除氫、氦以外的所有元素。分析時(shí)首先通過(guò)對(duì)樣品(在整個(gè)光電子能量范圍)進(jìn)行全掃描，以確定樣品中存在的元素；然后再對(duì)所選擇的峰峰進(jìn)行窄掃描，以確定化學(xué)狀態(tài)。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析X射線光電子標(biāo)準(zhǔn)譜圖示例4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析應(yīng)用實(shí)例圖為已標(biāo)識(shí)的(C3H7)4NS2PF2的X射線光電子譜圖。由圖可知，除氫以外，其它元素的譜峰均清晰可見(jiàn)。圖中氧峰可能是雜質(zhì)峰，或說(shuō)明該化合物已部分氧化。(C3H7)4NS2PF2的XPS譜圖4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析注意定性分析時(shí)，必須注意識(shí)別伴峰和雜質(zhì)、污染峰(如樣品被CO2、水分和塵埃等沾污，譜圖中出現(xiàn)C、O、Si等的特征峰)。定性分析時(shí)一般利用元素的主峰(該元素最強(qiáng)最尖銳的特征峰)。顯然，自旋-軌道分裂形成的雙峰結(jié)構(gòu)情況有助于識(shí)別元素。特別是當(dāng)樣品中含量少的元素的主峰與含量多的另一元素非主峰相重疊時(shí)，雙峰結(jié)構(gòu)是識(shí)別元素的重要依據(jù)。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析定量分析方法：理論模型法、靈敏度因子法、標(biāo)樣法等。應(yīng)用最廣的是元素(原子)靈敏度因子法。定量結(jié)果的準(zhǔn)確性比俄歇能譜相對(duì)靈敏度因子法定量好，一般誤差可以不超過(guò)20％。由于在一定條件下譜峰強(qiáng)度與其含量成正比，因而可以采用標(biāo)樣法(與標(biāo)準(zhǔn)樣品譜峰相比較的方法)進(jìn)行定量分析，精確度可達(dá)1%~2%。但由于標(biāo)樣制備困難費(fèi)時(shí)，且應(yīng)用具有一定的局限性，故標(biāo)樣法尚未得到廣泛采用。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析化學(xué)結(jié)構(gòu)分析通過(guò)譜峰化學(xué)位移的分析不僅可以確定元素原子存在于何種化合物中，還可以研究樣品的化學(xué)結(jié)構(gòu)。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析從圖中可以看到，這些化合物中的碳原子分別處于兩種不同的化學(xué)環(huán)境中(一種是苯環(huán)上的碳，一種是羧基碳)，因而它們的C1s譜是兩條分開(kāi)的峰。譜圖中兩峰的強(qiáng)度比4:6、2:6和1:6恰好符合3種化合物中羧基碳和苯環(huán)碳的比例。由此種比例可以估計(jì)苯環(huán)上取代基的數(shù)目，從而確定其結(jié)構(gòu)。1，2，4，5-苯四甲酸；1，2-苯二甲酸和苯甲酸鈉的C1s光電子譜圖4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析由圖可知，與聚乙烯相比，聚氟乙烯C1s對(duì)應(yīng)于不同的基團(tuán)CFH-與-CH2-成為兩個(gè)部分分開(kāi)且等面積的峰。兩種聚合物的C1s電子譜圖(a)聚乙烯(b)聚氟乙烯4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析在固體研究方面的應(yīng)用對(duì)于固體樣品，Xnm(對(duì)于金屬及其氧化物)或4~10nm(對(duì)于有機(jī)物和聚合材料)，因而X射線光電子能譜法是一種表面分析方法。以表面元素定性分析、定量分析、表面化學(xué)結(jié)構(gòu)分析等基本應(yīng)用為基礎(chǔ)，可以廣泛應(yīng)用于表面科學(xué)與工程領(lǐng)域的分析、研究工作，如表面氧化(硅片氧化層厚度的測(cè)定等)、表面涂層、表面催化機(jī)理等的研究，表面能帶結(jié)構(gòu)分析(半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)測(cè)定等)以及高聚物的摩擦帶電現(xiàn)象分析等。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析圖示為Cr、Fe合金活塞環(huán)表面涂層分析示例。X射線光電子能譜分析表明，該涂層是碳氟材料。Cr、Fe合金表面涂層——碳氟材料X射線光電子譜圖4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析X射線光電子能譜法的特點(diǎn)：①是一種無(wú)損分析方法(樣品不被X射線分解)；②是一種超微量分析技術(shù)(分析時(shí)所需樣品量少)；③是一種痕量分析方法(絕對(duì)靈敏度高)。但X射線光電子能譜分析相對(duì)靈敏度不高，只能檢測(cè)出樣品中含量在0.1%以上的組分。X射線光電子譜儀價(jià)格昂貴，不便于普及。4.4表面成分分析第4講材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作5表面成分分析（三）紫外光電子能譜法紫外光電子能譜(UPS)：以紫外光為激發(fā)源致樣品光電離而獲得的光電子能譜。如圖所示之(X射線)光電子能譜儀采用紫外光源即為紫外光電子能譜儀。目前采用的光源為光子能量小于100eV的真空紫外光源(常用He、Ne等氣體放電中的共振線)。這個(gè)能量范圍的光子與X射線光子可以激發(fā)樣品芯層電子不同，只能激發(fā)樣品中原子、分子的外層價(jià)電子或固體的價(jià)帶電子。4.4表面成分