現(xiàn)代材料分析測試技術(shù)第12章x射線電子能譜-在線瀏覽
2025-01-25 10:57本頁面
【正文】 第十二章 X射線光電子能譜 Xray Photoelectron Spectroscopy 光電子能譜同其他各種表面分析手段一樣 ， 首先經(jīng)物理學(xué)家之手開創(chuàng) ， 并隨著它不斷完善 ， 在化學(xué) 、 金屬學(xué)及表面科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用 。 光電子能譜最初是由瑞典 Uppsala大學(xué)的 者經(jīng)過約 20年的努力而建立起來的 。 因?yàn)樽畛醯墓庠床捎昧虽X 、 鎂等的特征軟 X射線 ， 此方法逐漸被稱為 X射線光電子能譜 （ XPS） 。 與 XPS相對應(yīng) ， 此方法稱為紫外光電子能譜 （ UPS） 。此類電子帶有樣品的表面信息，并具有特征動能。即為電子能譜。各種元素內(nèi)層電子的結(jié)合能是有特征性的，因此可以用來鑒別化學(xué)元素。 與 X射線相比能量較低，只能使原子的價(jià)電子電離。 I I ( 4 0 . 8 e V ) HeI ( 2 1 .2 e V ) He 3） AES（ Auger electron energy Spectroscopy ） AES大 都用電子作激發(fā)源，因?yàn)殡娮蛹ぐl(fā)得到的俄歇電子譜強(qiáng)度較大。 俄歇過程是這樣的：高能電子束激發(fā)原子某一殼層 （ 如 K層） 的電子 ， 產(chǎn)生一個(gè)空穴 。 俄歇電子能量為 EKLL=EKELEL。 光電離幾率和電子逃逸深度 自由電子產(chǎn)生過程的能量關(guān)系： h? = Eb+ Ek+ Er ≈ Eb+ Ek Eb： 電子電離能 (結(jié)合能 )； Ek：電子的動能； Er ：反沖動能 光電離幾率 (光電離截面 ?)： 一定能量的光子在與原子作用時(shí) ， 從某個(gè)能級激發(fā)出一個(gè)電子的幾率 。 金屬 ?： ~2nm；氧化物： ~4nm ；有機(jī)和高分子4~10nm ； 通常的取樣深度 d = 3? ， 因此 XPS屬表面無損分析技術(shù) 。該現(xiàn)象可觀測到成光電流的形成。 1）電子結(jié)合能：原子中某個(gè)電子吸收了一個(gè)光子的全部能量后，消耗一部分能量克服原子核的束縛而到達(dá)樣品的 Fermi能級。 2）功函數(shù)：達(dá)到 Fermi能級的電子數(shù)不再受原子核的束縛 ,但要繼續(xù)前進(jìn)須克服樣品的晶格對其的引力，此過程所消耗的能量稱為樣品的功函數(shù)。 3） X光電子： X射線與樣品相互作用時(shí)，被樣品吸收而使原子內(nèi)層電子脫離原子成為自由電子。 X光電子能譜的原理 1）孤立原子： kE bk EhE ?? ? 式中： 為入射光子能量， 為電子結(jié)合能。 kEbE?h（ 3） 由公式（ 3）可知： 同一種元素的原子，不同能級上的電子結(jié)合能不同。其中最易識別的為主峰，一般用主峰來分析。 ?h?h3） Fermi能級： 0K時(shí)固體能帶中充滿電子的最高能級。 rE2)(2/1 vmME r ?? X光電子能譜常常用 M
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