現(xiàn)代材料分析方法第八章_表面分析技術(shù)-wenkub
2023-04-03 21:04:44 本頁面
【正文】 時，會導致結(jié)合能位置有較大的偏移，導致錯誤判斷。為了提高定性分析的靈敏度，一般應加大通能，提高信噪比 ? 通常 XPS譜圖的橫坐標為結(jié)合能，縱坐標為光電子的計數(shù)率。 26 3. 電子探測及數(shù)據(jù)處理 ? 光電子信號微弱； 10－ 16~ 10 14A ? 光電倍增管，多通道板，位置靈敏檢測器三種； ? 光電倍增管： 原理是當一個電子進入到倍增管內(nèi)壁與表面材料發(fā)生碰撞會產(chǎn)生多個二次電子，多次碰撞就可以達到放大的目的； 采用高阻抗、高二次電子發(fā)射材料，增益： 109 27 ? 樣品表面的清潔； ? 樣品表面層的離子刻蝕； ? Ar離子 ，氧離子，銫離子，鎵離子等 ? 固定濺射和掃描濺射方式 ? 濺射的均勻性 ? 濺射過程的其他效應 28 ? 電子的平均自由程；（ 10－ 5 torr， 50m） ? 清潔表面（ 10－ 6 torr， 1s，原子單層） ? 場發(fā)射離子槍要求（ 108 torr ） ? XPS要求： 108 torr以上 29 6. 成像 XPS ? 給出的是元素分布像 ? 可給出元素化學成份像 ? 可進行顯微分析 ? 8微米分辨率 30 四、 XPS譜及其 分析方法 1. 定性分析 XPS分析是利用已出版的XPS手冊 ， 或者查找參考文獻 。對光電子動能的測量，主要利用靜電場、靜磁場及電子的飛行時間等方式。在目前的商品儀器中，一般以Al/Mg雙陽極 X射線源最為常見。 12 Al的氧化態(tài)化學位移 13 化學位移的經(jīng)驗規(guī)律 ? 同一周期內(nèi)主族元素結(jié)合能位移隨它們的化合價升高線性增加；而過渡金屬元素的化學位移隨化合價的變化出現(xiàn)相反規(guī)律。 9 3. 逃逸深度（ λm） ? 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，才對確定Eb的譜峰有所貢獻。 7 實際的 X射線光電子能譜儀中的能量關(guān)系為 其中 Ф 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) ， 光電子輸運過程中因非彈性散射而損失的能量 。 ? 隨著科技發(fā)展 ， XPS在不斷完善 。 ? 他們發(fā)現(xiàn)了內(nèi)層電子結(jié)合能的位移現(xiàn)象，解決了電子能量分析等技術(shù)問題，測定了元素周期表中各元素軌道結(jié)合能，并成功地應用于許多實際的化學體系。第八章 表面分析技術(shù) ? 本章簡要介紹兩種表面分析儀器和技術(shù) : （ 1） X射線光電子能譜儀 (XPS)； （ 2） 俄歇電子能譜儀 (AES)； 可提供：表面幾個原子層的化學成分及化學位移的信息（如：XPS， AES 1 第一節(jié) X射線光電子能譜儀 (XPS) 2 一、概述 ? X射線光電子能譜（ XPS， Xray Photoelectron Spectroscopy）是一種基于光電效應的電子能譜，它是利用 X射線光子激發(fā)出物質(zhì)表面原子的內(nèi)層電子，通過對這些電子進行能量分析而獲得表面成分信息的一種能譜。 ? 鑒于 K. Siegbahn教授對發(fā)展 XPS領(lǐng)域做出的重大貢獻，他被授予 1981年諾貝爾物理學獎。 目前 ， 已開發(fā)出的小面積 X射線光電子能譜 ， 大大提高了XPS的空間分辨能力 。 AEEh sKB ??????8 ? 可見，當入射 X射線能量一定，測出功函數(shù)和電子的動能，即可求出電子的結(jié)合能。 ? 對于 XPS 有用的光電子能量 100~1200eV λm =~（金屬） =4~10nm（高聚物） 10 逃逸深度與逸出角有關(guān) θ 為探測角，出射方向與面法線夾角 當 θ = 0 ，垂直表面射出的電子來自最大逸出深度； 當 θ ≈ 90 ，近似平行于表面射出的電子純粹來自最外表面幾個原子層 。 ? 分子 M中某原子 A的內(nèi)層電子結(jié)合能位移量同與它相結(jié)合的原子電負性之和有一定的線性關(guān)系 。 19 雙陽極 X射線管 1. 由燈絲、陽極靶及窗口組成 2. 一般采用雙陽極靶；常用Mg/Al雙陽極靶 3. 加鋁窗或 Be窗，阻隔電子進入分析室，也阻隔 X射線輻射損傷樣品。 2. 光電子能量分析 X射線光子 電子能量分析器 電子倍增器 光電子 樣品 22 光電子能量分析器 ? 為 XPS的核心 , 要求能精確測定能量 ? 磁偏轉(zhuǎn)式能量分析器 （對環(huán)境磁場靈敏，目前不采用）和 靜電型能量分析器 ? 靜電型能量分析器： 筒鏡型分析器（同 AES） 同心半球型分析器（又稱球形致偏分析器） 23 ? 目前，測量幾 KeV以下光電子動能的主要手段是利用靜電場。 31 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)的原子軌道有關(guān)。 ? 在分析譜圖時，首先必須考慮消除荷電位移。 33 ? 另外，還必須注意攜上峰，衛(wèi)星峰，俄歇峰等這些伴峰對元素鑒定的影響。 其中有些是 XPS中所固有的 ， 是永遠可以觀察到的；有些則依賴于樣品的物理 、 化學性質(zhì) 。 ? 高結(jié)合能端弱峰的線寬一般比低結(jié)合能端的譜線寬 1~4 eV。 38 X射線的伴峰 ?X射線的伴峰： X射線一般不是單一的特征 X射線 ，而是還存在一些能量略高的小伴線 ， 所以導致XPS中 ， 除 K?1,2所激發(fā)的主譜外 ， 還有一些小的伴峰 。 ?利用 X射線光電子譜手冊中的各元素的峰位表確定其他強峰，并標出其相關(guān)峰，注意有些元素的峰可能相互干擾或重疊。 42 化合態(tài)識別 光電子峰 ?由于元素所處的化學環(huán)境不同 ， 它們的內(nèi)層電子的軌道結(jié)合能也不同 ， 即存在所謂的化學位移 。 ?當光電子峰的位移變化并不顯著時， Auger電子峰位移將變得非常重要。 47 寬譜（全譜）與窄譜 Ag Augerprozess 48 3. 深度剖析 ? 變角 XPS分析法 ? 離子束濺射深度剖析法 Analyzer e Xrays d ? ? = 90176。 ? 檢測 俄歇電子的能量和強度 ，可獲得有關(guān)表層化學成分的定性或定量信息 。 ? 電子躍遷過程不同，引起俄歇電子發(fā)射形式也多種多樣。 ? 中、高原子序數(shù)元素： ? 用 L和 M系俄歇電子 強度也較高， 進行分析比用 L或 M系 X射線（熒光產(chǎn)額低）靈敏度高。 58 ③ 俄歇電子的平均自由程很?。s 1nm）； ? 俄歇電子發(fā)射深度：取決于入射電子穿透能力，但能保持特征能量而逸出表面的，僅限于表層下 ～ 1nm深度 。 59 二、俄歇電子能譜儀 ? 俄歇電子能譜儀： ?
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