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发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Science
标  题: 表面分析技术13－－－XPS
发信站: 哈工大紫丁香 (Wed Jun 25 18:16:18 2003)

XPS又称做ESCA。用X射线辐照固体样品，然后按动能收集从样品发射出的光电子，
给出光电子能谱图。X射线在固体中穿透距离大于1微米，在途中通过光电效应，使
固体原子发射出光电子，光电子发射遵从三级过程，只有表面下很短的一个距离（
约20埃）的光电子才能发射到真空，因此XPS是一种表面灵敏的分析技术。这些发
射出的内层电子能量具有高度特征性，因此可以用于元素分析。这些能量受化学环
境影响，因此也可以用于化学状态分析。从谱峰强度（峰高或峰面积）可以进行定
量分析。

X射线源通常采用Mg的K alfa线:1253.6eV,线宽0.7eV或者Al的K alfa线，1486.
6eV,线宽0.8eV，线宽的大小会对谱仪的分辨率产生影响，有的谱仪在X射线管前加
了单色器。另外X射线的信号电流比较微弱，需要电子倍增器对信号进行放大，通
常采用二次电子发射系数大于1的氧化铅，倍增为10^4-10^8，为防止损坏氧化铅，
输入端电流不用很大。真空系统一般置于液氮中，用来冷却器壁，防止气体释放，
造成分析误差。使用谱仪前一般先用Au
Ag等标样来来对谱仪进行校正，然后先进行宽扫描，扫描范围为500eV-1500eV，速
率为1eV/s,然后进行细扫描E-E+100eV，扫描速率为0.1eV/s，显示出谱峰的细节。


谱图的分析：
化学位移：原子所处化学环境不同，使内层电子结合能发生微小变化，在谱峰上的
表现就是发生了微小的移动。用来解释XPS中化学位移的模型有内层电子结合能位
移模型和电荷势模型。化学位移规律：主族元素的结合能变化随化合价升高而增加
，过渡元素反之；结合能的变化和与它相结合的原子电负性有线性关系。
伴峰和谱峰的分裂：XPS谱中除了谱峰以外还有伴峰或者谱峰发生分裂，这些现象
也包括了丰富的信息。驰豫效应：电子被激发电离后，原子壳层重新调整的结果。
多重分裂：具有自旋的原子，电子从中发射出去后，能以多种方式产生空穴，终态
数目大于1，在谱图上的表现就是多重分裂。电子的Shake Up和Shake Off：
Shake Up，样品在X射线辐照下，除了打出去一个内层电子外，还有另一个电子被
激发到更高能级的束缚态，而激发该电子到高能级需要能量，因此光电子动能降低
，出现了伴峰。Shake Off是另外一电子激发到自由态上，不同的是能量降低值可
以连续的变化。特征能量损失：主峰低能一侧出现不连续伴峰，带有特定能量损失
，比较明显的是等离子激元产生的特征峰。
Auger峰的出现：在X射线的辐照下，样品也会产生Auger电子，对应的谱图上也有
了Auger峰。Auger峰的和光电子峰的区别可以通过改变入射源能量来区别。可以利
用Auger峰来对样品的成分和化学状态进行分析。

绝缘体样品的荷电效应：
绝缘体样品发射出光电子后，样品带了正电，对光电子有吸引作用，使得谱峰像高
结合能方向发生移动。可以通过蒸镀Au或C，或者使用中和电子枪来解决该问题。

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