電子能譜學(xué)筆記(已修改)
2025-06-28 14:27 本頁(yè)面
【正文】 電子能譜學(xué)電子能譜學(xué)的定義n 電子能譜學(xué)可以定義為利用具有一定能量的粒子（光子，電子，粒子）轟擊特定的樣品，研究從樣品中釋放出來(lái)的電子或離子的能量分布和空間分布，從而了解樣品的基本特征的方法。 n 入射粒子與樣品中的原子發(fā)生相互作用，經(jīng)歷各種能量轉(zhuǎn)遞的物理效應(yīng)，最后釋放出的電子和粒子具有樣品中原子的特征信息。n 通過(guò)對(duì)這些信息的解析，可以獲得樣品中原子的各種信息如含量，化學(xué)價(jià)態(tài)等電子能譜學(xué)的應(yīng)用n 電子能譜學(xué)的應(yīng)用主要在表面分析和價(jià)態(tài)分析方面?？梢越o出表面的化學(xué)組成，原子排列，電子狀態(tài)等信息。n 對(duì)于XPS和AES還可以對(duì)表面元素做出一次全部定性和定量分析，還可以利用其化學(xué)位移效應(yīng)進(jìn)行元素價(jià)態(tài)分析；利用離子束的濺射效應(yīng)可以獲得元素沿深度的化學(xué)成份分布信息。n 此外，利用其高空間分別率，還可以進(jìn)行微區(qū)選點(diǎn)分析，線分布掃描分析以及元素的面分布分析。n 這些技術(shù)使得電子能譜學(xué)在材料科學(xué)，物理學(xué)，化學(xué)，半導(dǎo)體以及環(huán)境等方面具有廣泛的應(yīng)用。X射線光電子譜(XPS)—特點(diǎn)n XPS的主要特點(diǎn)是它能在不太高的真空度下進(jìn)行表面分析研究，這是其它方法都做不到的。當(dāng)用電子束激發(fā)時(shí)，如用AES法，必須使用超高真空，以防止樣品上形成碳的沉積物而掩蓋被測(cè)表面。X射線比較柔和的特性使我們有可能在中等真空程度下對(duì)表面觀察若干小時(shí)而不會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。n 此外，化學(xué)位移效應(yīng)也是XPS法不同于其它方法的另一特點(diǎn)，即采用直觀的化學(xué)認(rèn)識(shí)即可解釋XPS中的化學(xué)位移，相比之下，在AES中解釋起來(lái)就困難的多。 XPS光電過(guò)程機(jī)理n 光與物質(zhì)的相互作用n 光電離激發(fā)過(guò)程n 光電離幾率n 偶極發(fā)射和表面發(fā)射n 光電子譜線的特點(diǎn)及表示光線與物質(zhì)的相互作用：反射（能量不損失）；吸收（能量轉(zhuǎn)化為熱能）；光電離（轉(zhuǎn)化為電子）M + hV－－》M+ ＋ e一般為單電子過(guò)程要光子能量足夠，可以激發(fā)出所有軌道電子。光電離過(guò)程：X射線光電子能譜基于光電離作用，當(dāng)一束光子輻照到樣品表面時(shí)，光子可以被樣品中某一元素的原子軌道上的電子所吸收，使得該電子脫離原子核的束縛，以一定的動(dòng)能從原子內(nèi)部發(fā)射出來(lái)，變成自由的光電子，而原子本身則變成一個(gè)激發(fā)態(tài)的離子光電離幾率：對(duì)于每一種物質(zhì)其光電離幾率與很多因素有關(guān)：如激發(fā)光子能量，原子種類(lèi)，原子狀態(tài)等。在光電子能量閾值附近具有最高的電離截面光電子譜線的特點(diǎn)及表示：光電子譜線與原子結(jié)構(gòu)有關(guān)；其特點(diǎn)是量子化的；標(biāo)記可用激發(fā)躍遷的能級(jí)來(lái)標(biāo)記XPS結(jié)合能原理：光電子能譜的結(jié)合能原理；氣態(tài)分子的結(jié)合能；固體物質(zhì)的結(jié)合能；凈電荷的計(jì)算；弛豫過(guò)程XPS 結(jié)合能 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?jī)H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?jī)H與元素的種類(lèi)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(lèi)。v X射線光電子譜儀216。 X射線源是用于產(chǎn)生具有一定能量的X射線的裝置，在目前的商品儀器中，一般以Al/Mg雙陽(yáng)極X射線源最為常見(jiàn)。 XPS 190。190。X射線光電子譜基本原理 X射線光電子譜基本原理：X射線光電子能譜的理論依據(jù)就是Einstein的光電子發(fā)射公式，在實(shí)際的X射線光電子譜分析中，不僅用XPS測(cè)定軌道電子結(jié)合能，還經(jīng)常用量子化學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算，并將二者進(jìn)行比較。 突然近似 216。 體系受激出射光電子后，原穩(wěn)定的電子結(jié)構(gòu)受到破壞，這時(shí)體系處于何種狀態(tài)、如何求解狀態(tài)波函數(shù)及本征值遇到了很大的理論處理困難。突然近似認(rèn)為，電離后的體系同電離前相比，除了某一軌道被打出一個(gè)電子外，其余軌道電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不發(fā)生變化而處于某一種“凍結(jié)狀態(tài)”。 216。 按照這個(gè)假設(shè)前提，Koopmans認(rèn)為軌道電子的結(jié)合能在數(shù)值上等于中性體系該軌道自洽單電子波函數(shù)的本征值的負(fù)值，即 其中
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