《x射線光電子能譜》ppt課件-文庫吧
2025-04-17 00:01 本頁面
【正文】 電子動(dòng)能； 伴峰 ： X射線特征峰 、 Auger峰 、 多重態(tài)分裂峰 。 譜峰出現(xiàn)規(guī)律 (1)主量子數(shù) n小的峰比 n大的峰強(qiáng)； (2)n相同，角量子數(shù) L大 的峰比 L小的峰強(qiáng)； (3)內(nèi)量子數(shù) J大 的峰比 J小的峰強(qiáng)； 47AgZ ?由于當(dāng)角量子數(shù) l0時(shí)會(huì)產(chǎn)生自旋 軌道耦合作用，使得處于同一殼層的電子能級(jí)發(fā)生分裂，因此，對(duì)于的 l0能級(jí)， XPS都呈現(xiàn)雙峰。這種分裂可以用內(nèi)量子數(shù) j來表示： 12j l m l? ? ? ?可見； 0 1 21 1 2 3 22 3 2 5 23 5 2 7 2ljljsjplfljd????????時(shí) ， ；時(shí) ， ， ；時(shí) ， ， ；時(shí) ， ， ；對(duì)應(yīng)每個(gè) j的相對(duì)強(qiáng)度： 可以用２ j＋１表示 。 對(duì)于一個(gè) d軌道上的電子 5/2和 3/2態(tài)的相對(duì)強(qiáng)度為３ :２ (j小的峰結(jié)合能高 ) 雙重態(tài)組分間的裂距： 依賴于自旋軌道耦合的強(qiáng)度 。 對(duì)于給定的 n和 l， 裂距隨 n和 l的增加而減少 。 406 404 402 400 398 396 394 2500 3000 3500 4000 4500 N1s Intensity / . Binding Energy / eV 1050 1040 1030 1020 1010 26000 28000 30000 32022 34000 36000 Zn2p 3/2 Zn2p 1/2 Intensity / a.u. Binding Energy / eV 30ZnZ ?82 80 78 76 74 72 70 68 66 64 62 6000 8000 10000 12022 14000 16000 intensity / cps Binding Energy / eV Pt4f 7/2 Pt4f 5/2 78PtZ ?電子逃逸深度 電子逃逸深度 ?： 逸出電子的非彈性散射平均自由程； ?：金屬 ~2nm；氧化物 ~4nm ；有機(jī)和高分子4~10nm ； 通常：取樣深度 d = 3? ；表面無損分析技術(shù)； 由 Lambert指數(shù)衰減定律 Id厚度為 d的信號(hào)強(qiáng)度 (能量無損 ) I0厚層為 0的信號(hào)強(qiáng)度 當(dāng) d=3?時(shí)， Id= ?與 成正比， (電子動(dòng)能在 1002022eV)。 KE0ddI I e??在常規(guī)的 XPS分析中 ， 我們是分析來自相對(duì)于樣品表面 90?方向出射的電子 ， 在一張 XPS譜圖中 ， 無損的分析深度 ， 大約 65%的信號(hào)來自小于 λ 的深度內(nèi) ，85%的信號(hào)來自小于 2λ 的深度內(nèi) ， 95%的信號(hào)來自小于 3λ 的深度內(nèi) 。 我們?cè)诮欠直鏈y量中可以用這一特性來獲得組分深度分析 。 深度分析 擇優(yōu)濺射問題 損傷 離子濺射 應(yīng)注意 還原效應(yīng)問題 表面粗糙度問題 非損傷 改變電子發(fā)射角度 變角 XPS深度分析 前面討論的 BeerLambert方程 ， 已經(jīng)給出了分析深度依賴于電子的發(fā)射角 。 當(dāng)相對(duì)于樣品表面法向的電子發(fā)射角接近于 θ =0?時(shí) ， 分析深度就接近極限值 3?。 3?經(jīng)常被認(rèn)為是 XPS的分析深度 （ 更確切的表達(dá)式為 3?cosθ ） 。 這種方法在檢測物體表面 110nm內(nèi)的組分變化方面非常有用 。 非破壞性深度剖析方法 變角 XPS技術(shù) –非損傷深度分析 d D ? e h? 取樣深度示意圖 取樣深度D?10nm 式中 d是光電子出射角與樣品法線夾角為 θ 時(shí)的信息深度； D是光電子出射角與樣品法線夾角為 0?時(shí)的信息深度。 c o sDd ??θ=75? D=? θ=55? D=? θ=0? D=3? 例 :用變角 X光電子能譜技術(shù)對(duì)非均相高分子材料進(jìn)行非損傷的層結(jié)構(gòu)分析 軟段結(jié)構(gòu) —O—CH2—CH2—CH2—CH2—n 硬段結(jié)構(gòu) —HN—CO—NH— —CH2— —NH—CO—NH—CH2—CH2 —n 由于 N1s,O1s峰在動(dòng)能 1000eV左右，所以當(dāng)射線垂直人射時(shí)， d≈3?≈3 ≈10nm。改變?nèi)肷浣?θ，可以得到不同深度的信息。 KE取樣深度從 10nm降低到 ，樣品的 O : N原子比增加了約 3倍。這表明含氧的結(jié)構(gòu)富集于表面，而含氮的結(jié)構(gòu)則較多地存在于內(nèi)層。根據(jù)軟硬段的結(jié)構(gòu)，就說明軟段在表面富集。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11468101214O:ND (n m )在獲得大于 10nm的深度信息時(shí)，必須用離子轟擊，對(duì)物體進(jìn)行剝離。 濺射的本身并不是一個(gè)簡單的過程，可能會(huì)出現(xiàn)： 。 。 ，刻蝕坑底的粗糙度增加，最終界面會(huì)模糊。 離子刻蝕深度剖析方法 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)提高濺射速率和降低每次濺射的時(shí)間 。 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 。 譜峰的物理位移和化學(xué)位移 物理位移 ： 固體的熱效應(yīng)與表面荷電的作用引起的譜峰位移 化學(xué)位移 ： 原子所處化學(xué)環(huán)境的變化引起的譜峰位移 產(chǎn)生原因 ： 1)價(jià)態(tài)改變 ： 內(nèi)層電子受核電荷的庫侖力和荷外其他電子的屏蔽作用；電子結(jié)合能位移 ?Eb； 結(jié)合能隨氧化態(tài)增高
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