x射線光電子能譜學(xué)-wenkub.com
2025-05-07 01:17 本頁面
【正文】 分析性能 電子探針（ EP） 離子探針（ IMA） 俄歇譜儀（ AES） X射線光電子能譜（ XPS） 二次離子質(zhì)譜（ SIMS) 空間分辨率/ μm 12 10 12 分析深度/μm （ 210） 采樣體積質(zhì)量 /g 1012 1013 1016 1013 可檢測(cè)質(zhì)量極限 /g 1016 1019 1018 1019 可檢測(cè)濃度極限 /X106 5010000 10100 100000 成份分析儀器比較 可分析元素 z≥4 (z≤11時(shí)靈敏度差） 全部（對(duì)He,Hg等靈敏度較差） z≥3 氫以外的其他元素 全部 定量精度（ wc10%) 177。 ? 7)、關(guān)于絕緣體樣品帶靜電間題，和 AES, SIMS相比，在 XPS較容易消除。 ? 6)、無損性。 AES和SIMS具有較高的橫向分辨能力，而 XPS則不然。 2)、三種方法均可應(yīng)用標(biāo)樣進(jìn)行定量分析。最通用的解決辦法是用低能電子槍沖注樣品表面以補(bǔ)償電荷。 ? B、絕緣體樣品帶電問題 ? 絕緣體樣品在 X射線照射下由于發(fā)射的光電子得不到補(bǔ)償，產(chǎn)生靜電荷積累。當(dāng)需要分析天然表面時(shí)，樣品最好保持其原有表面，不要經(jīng)過任何處理。 2 深度剖析 ? XPS采用兩種方法作深度剖析。這些鬼線的位置很容易計(jì)算出來。 兩種化合物中 Cu的 2P1/2和 2P3/2，線的 XPS譜 aCuO。俄歇化學(xué)位移和光電子化學(xué)位移的差別是由兩者終態(tài)的弛豫能之差所引起的，俄歇躍遷的終態(tài)有兩個(gè)電子空穴，而光電子躍遷的終態(tài)只有一個(gè)空穴。多重劈裂還會(huì)引起譜峰的非對(duì)稱性，并使周期表上第一排過渡族金屬的化合物的 2P1/2與 2P3/2之間的距離改變。若滿殼層發(fā)生光致電離產(chǎn)生一個(gè)空穴，對(duì)應(yīng)于無藕合自旋的兩個(gè)軌道將發(fā)生禍合，導(dǎo)致能級(jí)劈裂。當(dāng)元素原子被放在不同的環(huán)境時(shí)，其芯電子的束縛能發(fā)生改變，在 XPS譜上表現(xiàn)為譜峰相對(duì)于其純?cè)胤宓奈灰疲Q為化學(xué)位移。 荷電的校準(zhǔn) ? 在實(shí)際的 XPS分析中，一般采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行校準(zhǔn)。 ? 樣品表面荷電相當(dāng)于給從表面出射的自由的光電子增加了一定的額外電場(chǎng) , 使得測(cè)得的結(jié)合能比正常的要高。在研究濺射過的樣品表面元素的化學(xué)價(jià)態(tài)時(shí)，應(yīng)注意這種濺射還原效應(yīng)的影響。 離子束濺射技術(shù) ? 為了提高深度分辯率，一般應(yīng)采用間斷濺射的方式。 ? 然而，離子束更重要的應(yīng)用則是樣品表面組分的深度分析。當(dāng)樣品具有磁性時(shí)，由樣品表面出射的光電子就會(huì)在磁場(chǎng)的作用下偏離接收角，最后不能到達(dá)分析器，因此，得不到正確的 XPS譜。 污染樣品 ? 對(duì)于表面有油等有機(jī)物污染的樣品，在進(jìn)入真空系統(tǒng)前必須用油溶性溶劑如環(huán)己烷，丙酮等清洗掉樣品表面的油污。缺點(diǎn)是樣品用量太大，抽到超高真空的時(shí)間太長。 樣品的大小 粉體樣品 ? 粉體樣品有兩種制樣方法，一種是用雙面膠帶直接把粉體固定在樣品臺(tái)上，另一種是把粉體樣品壓成薄片，然后再固定在樣品臺(tái)上。因此，樣品的尺寸必須符合一定的大小規(guī)范。 小面積 XPS ? 目前發(fā)展趨勢(shì) ? 可以分析小范圍的樣品，適合微區(qū)分析和選點(diǎn)分析，線掃描分析； ? 具有較高的空間分辨率（ 1mm－ 25微米） ? 荷電問題較小，可以測(cè)定絕緣體材料； ? 對(duì)樣品的損傷??； 成像 XPS ? 給出的是元素分布像 ? 可給出元素化學(xué)成份像 ? 可進(jìn)行顯微分析 ? 25微米－ 10微米 35微米空間分辨率以及 2eV的能量分辨率 空間分辨率 150微米，不能獲得能譜 空間分辨率， 10微米 X射線強(qiáng)度高 能獲得能譜，能量分辨率不變 樣品的制備 ? X射線光電子能譜儀對(duì)待分析的樣品有特殊的要求，在通常情況下只能對(duì)固體樣品進(jìn)行分析。 ? 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。 檢測(cè)器 1. 光電子信號(hào)微弱； 10－ 11A 2. 光電倍增管，多通道板，位置靈敏檢測(cè)器； 3. 光電倍增管：采用高阻抗，二次電子發(fā)射材料，增益： 109 離子束濺射 ? 樣品表面的清潔； ? 樣品表面層的剝離； ? Ar離子，氧離子，銫離子，鎵離子等 ? 固定濺射和掃描濺射 濺射因素 ? 作為深度分析的離子槍，一般采用 ～ 5 KeV的 Ar離子源。 ? 強(qiáng)度為原來的 1%。 XPS能譜儀的構(gòu)成 主要： 真空系統(tǒng)； X射線源； 能量分析系統(tǒng) 電子控制系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng) 進(jìn) 樣 室分 析 室X 光 槍真 空 系 統(tǒng)能 量 分 析 器計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng)離 子 槍X射線光電子能譜儀結(jié)構(gòu)框圖 真空系統(tǒng) ? 為什么需要超高真空？ 電子的平均自由程；（ 10－ 5Torr， 50m） 清潔表面（ 10－ 6torr， 1s，原子單層） 場(chǎng)發(fā)射離子槍要求 XPS要求： 108torr以上 ? 真空系統(tǒng)的構(gòu)成 機(jī)械泵：有油污染，噪音， 10－ 3torr 吸附泵：干凈，需要液氮，容量小， 10－ 3torr 油擴(kuò)泵：價(jià)格低，油污染， 10－ 6－ 10－ 10torr 渦輪分子泵：體積小，半無油，抽速大，價(jià)高 噪音大， 10－ 8torr 濺射離子泵：高真空，無油，需要前級(jí)真空 無噪音， 10－ 11torr 升華泵：抽速高，需要前級(jí)真空，消耗性 X射線的產(chǎn)生 1. X射線是特征射線，不是連續(xù)波，能量具有單色性； 2. X射線的能量與材料有關(guān)； 3. X射線不是一根線，具有一系列線； 4. XPS需要單色的，一定能量的 X射線
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