(高清版)GBT 41073-2021 表面化學(xué)分析 電子能譜 X射線光電子能譜峰擬合報告的基本要求

表面化學(xué)分析電子能譜X射線光電子能譜峰擬合報告的基本要求國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會I Ⅲ 1 1 1 25相關(guān)數(shù)據(jù)采集參數(shù)報告 25.1概述 25.2譜儀 3 3 35.5X射線源 35.6元素標(biāo)識 45.7譜圖能量范圍 4 4 46單譜峰擬合參數(shù)報告 46.1概述 46.2本底范圍 46.3本底積分范圍 46.4本底類型 46.5擬合本底應(yīng)用 5 56.7峰面積和峰高度 5 5 56.10峰形 56.11峰不對稱參數(shù) 66.12峰擬合處理 66.13殘差譜 6 6 67.2多重譜數(shù)據(jù)集的峰擬合方法 67.3約束傳播 6 7 7ⅡGB/T41073—2021/ISO19830:2015 810譜的去卷積 811擬合質(zhì)量與不確定度 811.1概述 811.2擬合質(zhì)量 811.3結(jié)合能的不確定度 811.4峰面積的不確定度 8附錄A(資料性)報告峰擬合示例 9附錄B(資料性)多層數(shù)據(jù)集峰擬合報告 附錄C(資料性)報告峰擬合參數(shù)模板 附錄D(資料性)統(tǒng)計(jì)方法 Ⅲ本文件等同采用ISO19830:2015《表面化學(xué)分析電子能譜X射線光電子能譜峰擬合報告的基VGB/T41073—2021/IS許多材料表面所獲得的X射線光電子能譜(XPS)譜圖比較復(fù)雜，且常含有重疊或者不能分辨的析者必須確認(rèn)峰擬合后報告的每個峰的位置(用于確定化學(xué)態(tài))與峰面積(用于峰擬合后應(yīng)報告的參數(shù)大多是定義那些曲線的參數(shù)。其他因子由分析者選擇，以確保峰擬合處理峰擬合是一種獲得可能與分析表面化學(xué)性質(zhì)相關(guān)的定量與定性結(jié)果的純數(shù)學(xué)處理。擬合結(jié)果將依大多數(shù)用于XPS數(shù)據(jù)處理的軟件包都包含峰擬合程序。這些程序允許操作者選擇合適的參數(shù)以及使用所需的約束條件進(jìn)行擬合處理。很可能軟件會提供報告這些信息的輸出以本文件不提供用于XPS峰擬合或者將峰擬合處理結(jié)果與被分析表面化學(xué)性質(zhì)關(guān)聯(lián)的說明。事實(shí)12FWHM半高峰寬(fullwidthat比(ratiooftheintensityoftheLorepseudoVoigtpeakconsistingofthesumof3峰擬合結(jié)果的目的，只需要報告包含最大計(jì)數(shù)的通道的計(jì)數(shù)率。檢測器線性的檢測方法可參見4這里涉及的一些因素包括能量損失特征與震激峰的存在。這些特征峰的5商或軟件設(shè)計(jì)者開發(fā)出來的本底類型。使用迭代或非迭代方法可以計(jì)算Shirley本底。計(jì)算方法應(yīng)予—-由分析者約束的峰擬合方法，這樣每個參數(shù)只能落在分析者定義的范圍內(nèi)；對于特定峰包絡(luò)線的擬合，可能用到上述的一個以上或者甚至全部。應(yīng)報告用于獲得與各個峰相峰擬合通常用來獲得用于定量的峰面積，應(yīng)報告每個擬合峰的面積。峰高通常是峰擬合過程中被當(dāng)擬合包含已知相對強(qiáng)度與間距的自旋雙峰的峰包絡(luò)線時，約束峰擬合以保持正確的相對強(qiáng)度與在擬合過程中，通過約束峰面積比或峰高比可以獲得正確的相對強(qiáng)度。如果約束了這些參數(shù)的任可以使用強(qiáng)制約束使擬合峰包絡(luò)線中各峰寬相等。這里可能合適的例子是雙峰擬合?；蛘?，如果峰寬被約束以至于只能選取兩個給定極值之間的值，這可能有助于擬合處理。如果使用這兩個約束中6.10峰形67b)使用與參考譜中定義的約束相同的參數(shù)擬合每個譜。c)數(shù)據(jù)集的不同部分可使用不同的參考譜。該數(shù)據(jù)集每一部分中的譜采用其合適的參考譜確定的約束。d)在擬合參考譜時，計(jì)算的每一參數(shù)值始終會用到。例如，當(dāng)擬合參考譜時，峰位可以允許有一些容差極限，但是在之后的譜圖擬合中，峰位被限定在由參考譜計(jì)算所得的位置處。e)在擬合參考譜時，計(jì)算的每一參數(shù)值始終會用到，但是對之后的譜允許有一定的容限。例如，當(dāng)擬合參考譜時，峰位可以允許有(w±x)eV的取值，然后計(jì)算所得的yeV值作為峰位。分析者可以在之后的計(jì)算中選擇約束峰位落在(y±z)eV的范圍內(nèi)。對于給定的一組譜圖，可以采用不止一種上述方法來傳播約束。應(yīng)報告?zhèn)鞑ッ恳患s束所選擇的方法。附錄B提供了一個應(yīng)如何報告多重譜數(shù)據(jù)集擬合的例子。7.4本底傳播對一組譜中的每個譜使用相同參數(shù)進(jìn)行本底計(jì)算可能是不合適的。圖1給出了這樣一個數(shù)據(jù)集的例子。在此例中，每個譜都采用了有相同譜范圍和其他參數(shù)的Shirley本底。在剖析開始時，峰的結(jié)合能對應(yīng)氧化鉭的特征，而剖析結(jié)束，可以發(fā)現(xiàn)峰的結(jié)合能對應(yīng)于元素鉭。峰發(fā)生位移的事實(shí)意味著對于來自元素鉭的譜本底處于錯誤的位置。這會對相關(guān)譜圖的數(shù)據(jù)定量產(chǎn)生顯著影響。ab結(jié)合能/eV結(jié)合能/結(jié)合能/eV圖1來自鉭上氧化鉭濺射深度剖析第一層與最后一層的Ta4f譜圖很明顯，對于本數(shù)據(jù)集的每個譜圖應(yīng)使用一些調(diào)整或計(jì)算本底參數(shù)的方法來避免這里所描述的此類問題。所使用的方法應(yīng)予以報告。8衛(wèi)星峰扣除只有在使用非單色化的X射線源的情況下才需要扣除衛(wèi)星峰。來自此類激發(fā)源的X射線譜圖含8有幾個不同能量的峰。這些能量中每一能量的光子都會在XPS譜圖中產(chǎn)生峰。由于來自XPS常用激線中扣除來自雙峰中的次強(qiáng)組分的貢獻(xiàn)。這可以起到簡化譜圖的效果，并——定義本底所需的本底類型與可調(diào)參數(shù)的值。本底的定義可能與依照6.2、6.3和6.4的報告內(nèi)以較低分辨采集的數(shù)據(jù)通過數(shù)學(xué)運(yùn)算可以獲得更好應(yīng)報告足夠多的信息使得分析者可以評估擬合譜圖的質(zhì)量以及可能存在于應(yīng)給出計(jì)算峰位不確定度的評估報告。如果所用軟件沒有提供這樣的評估，則可以使用D.1.4中應(yīng)報告計(jì)算峰面積的不確定度。如果所用軟件沒有提供這樣的評估，則可以使用D.1.5中提供的9強(qiáng)度/cpsGB/T41073—2021/ISO198強(qiáng)度/cps(資料性)報告峰擬合示例圖A.1顯示了一個表面有碳污染薄層的Al?O?樣品的C1s的XPS譜圖。圖中表明來自碳的采集譜圖經(jīng)擬合后存在四種化學(xué)態(tài)的峰。Shirley本底以及殘差譜也在圖中顯示。宜注意的是，所選譜圖擬合報告的參數(shù)僅用來演示說明本文件的要求，并不意味著這是用于擬合譜圖的推薦性方法。0-本底--包絡(luò)線292290288圖A.1表面有碳污染薄層的Al?O?樣品的C1s譜圖表A.1與表A.2報告了本文件描述的所有參數(shù)。表A.1列舉了與整個譜相關(guān)的參數(shù)，而表A.2給出了用于譜圖中單個峰的參數(shù)以及峰擬合約束。為適合本文件，格式已做了修改與縮減。這些表格的格式代表用于報告峰擬合參數(shù)的合適方法，但是也可以使用其他能清晰準(zhǔn)確報告參數(shù)的任何格式。當(dāng)在分析中擬合單個譜區(qū)域時，需要表A.1報告的數(shù)據(jù)。在給定分析中經(jīng)常需要擬合一個以上的譜區(qū)域，表A.1中的許多參數(shù)將適用于所有的譜區(qū)域，僅需報告一次。只有那些對于每個譜區(qū)域都不同的參數(shù)需要分別對每個區(qū)域報告。這些可能是小表A.1用于圖A.1所示譜圖峰擬合之前的實(shí)驗(yàn)條件與參數(shù)條能譜儀型號××X型掃描(模式)是譜圖結(jié)合能范圍使用否高端結(jié)合能終點(diǎn)平均值范圍0.5eV(在高結(jié)合能與低結(jié)合能處)擬合本底的應(yīng)用×××版本峰形模型高斯-洛倫茲約化△X?(定義見D.1.5)第8章第9章不適用第10章不適用注：為方便使用，附錄C提供了空白模板用于記錄這些參數(shù)，所示格式并不強(qiáng)制使用。峰參考峰標(biāo)峰結(jié)合結(jié)合能的標(biāo)準(zhǔn)峰高/面積的度(%)A峰A約束固定0固定0固定B6固定0固定0固定C峰C約束5固定0固定0固定D峰D約束3固定0固定0固定注：此表不是模板，因?yàn)樗酶袷娇赡芤m合所使用的軟件。峰標(biāo)簽最好可能包含某一種化學(xué)態(tài)，例如，峰標(biāo)簽C1sD峰可以標(biāo)注為C1s(0=C-O)。使用附錄D所述的方法計(jì)算這些參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。如果約束行中的單元格是空白的，這意味著參數(shù)可以取擬合方法計(jì)算的任意值。d如果“固定”一詞出現(xiàn)在約束單元格中，它意味著該參數(shù)由分析者所選且·C1sB峰、C1sC峰和C1sD峰的L/G混合(%(資料性)許多類型的XPS測試都需要多次采集一種或多種給定元素的譜圖。這種測試的一個例子就是深度剖析數(shù)據(jù)的采集。許多情況下，需要擬合在這種實(shí)驗(yàn)中采集的所有峰或者素的所有峰。本附錄提供了這種情況下如何報告峰擬合的例子。為方便起見，選擇了此示例的格式。如果用于峰擬合的軟件更容易生成其他格式，則可以使用其他格式。本本附錄中使用的例子來自對二氧化硅基底上含碳材料的深度剖析。為方子束刻蝕樣品并重復(fù)采集譜圖。重復(fù)該循環(huán)直到達(dá)到所需的深度，則可以獲圖。為了從數(shù)據(jù)中提取所需要的信息，對數(shù)據(jù)集中每一層的一些或所有元素的峰進(jìn)行擬合通常是必圖B.1顯示了一個50層的深度剖析中第9層的C1s譜圖。在該剖析中它用作擬合所有C1s譜的11220圖B.1含碳層深度剖析示例此例中，所示譜圖經(jīng)擬合用作參考譜。應(yīng)采用附錄D所說明的以及第7章所述的方法報告該譜圖9峰標(biāo)簽C1s(低結(jié)合能)C1s(高結(jié)合能)用于其他層的限定固定約束在285.5eV～286.7eV范圍內(nèi)參考譜的半高峰寬參考譜的半高峰寬約束在1.0eV～1.8eV范圍內(nèi)參考譜的L/G混合/%固定等于參考譜的值固定等于參考譜的值·如果報告了表A.2的等效值，則這些行可如表B.1的表格。(資料性)X射線源X射線束斑大小(資料性)統(tǒng)計(jì)方法D.1定義和公式本附錄提供一些定義和公式，可能對擬合譜圖的統(tǒng)計(jì)分析有幫助。對于統(tǒng)計(jì)技術(shù)的詳細(xì)描述見參D.1.1卡方N——譜儀的通道總數(shù)(即數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)目);r,——通道i中譜的殘差(從總的計(jì)數(shù)而不是每秒計(jì)數(shù)中獲得);c?——扣本底前通道i的計(jì)數(shù)總數(shù)。D.1.2約化卡方N——擬合譜圖部分的能量通道數(shù)；M——擬合處理中可獨(dú)立調(diào)節(jié)的參數(shù)的數(shù)量；與1的偏差表明除隨機(jī)計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)外的其他因素影響擬合，這種偏差取決于自由度的數(shù)量。例如，如果N-M是30,且約化卡方值在0.5～1.8范圍之外，則很有可能除計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)外的其他因素影響峰擬合質(zhì)量。如果N-M是200,則范圍變?yōu)?.7～1.3。這些值僅用來作為指南，并不是嚴(yán)格推導(dǎo)出來的。更嚴(yán)b)模型譜圖中峰可能被遺漏。d)可能還未達(dá)到最優(yōu)化的擬合。D.1.4評估峰位不確定度化(△aeV),而且在再次運(yùn)行峰擬合程序之通常峰面積不用作擬合參數(shù)，因?yàn)樗怯捎糜跀M合峰的兩個參數(shù)(峰高和峰寬)計(jì)算得到的。因此(△h計(jì)數(shù)，這里△h大約是初始峰高的2%),在再里△w大約是初始峰寬的2%),在再次運(yùn)行峰擬合程序之前固定該值且峰高固定在ho。這會p=2awo—bh?！?D.8)[2]ISO21270Surfacechemicalanalysis—X-raypters—Linearityofintensi[3]POWELLC.J.,&CONNYJ.M.Surf.InterfaceAnal.2