XPS分析方法原理XPS儀器基本結構XPS主要分析技術第六章X射線光電子譜是重要的表面分析技術之一。它不僅能探測表面以及深度的化學組成，而且可以確定各元素的化學狀態，因此，在化學、材料科學及表面科學中得以廣泛地應用。目前一頁\總數三十五頁\編于十七點X射線光電子能譜分析方法原理光電效應根據Einstein的能量關系式有：h=EB+EK

其中為光子的頻率，EB是內層電子的軌道結合能，EK是被入射光子所激發出的光電子的動能。實際的X射線光電子能譜儀中的能量關系。其中以真空能級算起的結合能即EBV與以Fermi能級算起的結合能EBF間有

因此有：

SP和S分別是譜儀和樣品的功函數

目前二頁\總數三十五頁\編于十七點光電子的特征性當一束光子輻照到樣品表面時，光子可以被樣品中某一元素的原子軌道上的電子所吸收→電子脫離原子核的束縛，以一定的動能從原子內部發射出來→自由的光電子；對于特定的單色激發源和特定的原子軌道，其光電子的能量是特征的→其光電子的能量僅與元素的種類和所電離激發的原子軌道有關；X射線光電子能譜分析方法原理1、根據光電子的能量，確定樣品表面存在的元素；2、根據光電子的數量，確定元素在表面的含量；3、X射線束在表面掃描，可以測得元素在表面的分布；4、采用離子槍濺射及變角技術，得到元素在深度方向的分布；5、根據不同化學環境下光電子峰位移動、峰型、峰間距變化，獲得化學信息；目前三頁\總數三十五頁\編于十七點Bindingenergy(eV)4f4d4p4p4sAuXPSspectrum橫坐標為結合能，縱坐標為光電子的計數率；譜峰為光電子特征結合能；目前四頁\總數三十五頁\編于十七點一、固體樣品：樣品尺寸的限制—真空隔離要求的傳遞桿技術；注意表面的成分的狀態的保護；二、粉體樣品：雙面膠帶固定；壓片法—加熱，表面反應、表面處理等動態分析要求；三、特殊樣品預處理：1、含揮發性物質的樣品—加熱或溶劑清洗；2、表面有機污染的樣品：有機溶劑清洗—除有機溶劑；3、帶有微弱磁性的樣品：退磁處理；禁止帶有磁性樣品進入分析室；四、絕緣樣品和導電性不好的樣品：儀器必須進行樣品荷電校準；目前五頁\總數三十五頁\編于十七點XPS譜儀的基本結構框圖12345影響儀器特性的最主要部件和因素一、儀器靈敏度：激發源強度；能量分析器的入口狹縫有效面積、立體接收角；電子傳輸率、電子檢測器類型；二、儀器分辨率：X射線源的自然線寬、能量分析器的線寬、受激樣品原子的能級線寬；目前六頁\總數三十五頁\編于十七點一、X射線激發源：要求強度大、單色性好—激發源做單色化處理；大面積源-Al/Mg雙陽極靶；微聚焦源—單色源Al靶；二、快速進樣室：氣體隔離室技術—預處理室：加熱、蒸鍍、刻蝕；三、能量分析器：電子傳輸率；能量分辨率；CMA/SDA—在高分辨下有較高的靈敏度；減速—聚焦透鏡→加大多功能能譜儀空間；浸入式磁透鏡；四、檢測器：數據采集—脈沖計數方法→電子倍增器+單粒子計數器；位置靈敏檢測器（PSD）→在聚焦面上同時平行安裝—一組增加分析器—出口處電子檢測面積倍增，形成多元檢測系統；平行成像技術；五、超真空系統：防氣體覆蓋、能量損失—三級真空泵聯用：機械泵+分子泵+濺射離子泵—鈦升華泵；六、其他附件：荷電中和槍；離子槍；X射線光電子能譜儀關鍵部件目前七頁\總數三十五頁\編于十七點表面、界面成分分析能力

*較好的元素價態分析能力

化學位移分析：由于元素所處化學環境不同，內層電子的軌道結合能也不同；通過測得元素的結合能和化學位移，鑒定元素的化學價態；

結合能校準：標準樣品測定化學位移——譜圖上測量峰位位移、測量雙峰間的距離變化、測量半峰高寬變化；

*成分深度的分析能力

1、變角XPS深度分析：利用采樣深度的變化獲得元素濃度與深度的對應關系；非破壞性分析；適用于1—5nm表面層；

2、Ar離子剝離深度分析：交替方式-循環數依據薄膜厚度及深度分辨率而定；破壞性分析；X射線光電子能譜主要分析技術目前八頁\總數三十五頁\編于十七點8Ｘ射線光電子能譜

數據處理及分峰步驟目前九頁\總數三十五頁\編于十七點一、在Origin中作圖步驟：1、打開文件，可以看到一列數據，找到相應元素（如N1s）對應的Region(一個Region對應一張譜圖),一個文件有多個Region。2、繼續向下找到KineticEnergy，其下面一個數據為動能起始值，即譜圖左側第一個數據。用公式BE始=1486.6-KE始-換算成結合能起始值，是一個常數值，即荷電位移，每個樣品有一個值在郵件正文中給出。目前十頁\總數三十五頁\編于十七點3、再下面一個數據是步長值，如0.05或0.1或1，每張譜圖間有可能不一樣。4、繼續向下,可以找到401或801這樣的數，該數為通道數，即有401或801個數據點。5、再下面的數據開始兩個數據是脈沖，把它們舍去，接下來的401或801個數據都是Y軸數據，將它們copy到B(Y)。目前十一頁\總數三十五頁\編于十七點目前十二頁\總數三十五頁\編于十七點目前十三頁\總數三十五頁\編于十七點目前十四頁\總數三十五頁\編于十七點6、X軸：點A(X)，再點右鍵，然后點setcolumnvalues，出現一個對話框，在from中填1，在to中填401(通道數)，在col(A)中填BE始-0.05*(i-1)，或直接填1486.6-KE始--

0.05*(i-1)，最后點doit。7、此時即可以作出N1s譜圖。8、畫出來的圖有可能有一些尖峰，那是脈沖，應把它們去掉，方法為點Data-MoveDataPoints，然后按鍵盤上的或箭頭去除脈沖。目前十五頁\總數三十五頁\編于十七點目前十六頁\總數三十五頁\編于十七點目前十七頁\總數三十五頁\編于十七點二、分峰步驟1、將所拷貝數據轉換成TXT格式：把所需擬合元素的數據引入Origin后，將columnA和B中的值復制到一空的記事本文檔中（即成兩列的格式，左邊為結合能，右邊為峰強），并存盤。如要對數據進行去脈沖處理或截取其中一部分數據，需在Origin中做好處理。

目前十八頁\總數三十五頁\編于十七點目前十九頁\總數三十五頁\編于十七點2、打開XPSPeak，引入數據：點Data----Import(ASCII)，引入所存數據，則出現相應的XPS譜圖。目前二十頁\總數三十五頁\編于十七點3、選擇本底：點Background，因軟件問題，High

BE和LowBE的位置最好不改，否則無法再回到

Origin，此時本底將連接這兩點，Type可據實際

情況選擇，一般選擇Shirley類型。

目前二十一頁\總數三十五頁\編于十七點目前二十二頁\總數三十五頁\編于十七點4、加峰：點Addpeak，出現小框，在PeakType處選擇s、p、d、f等峰類型（一般選s），在Position處選擇希望的峰位，需固定時則點fix前小方框，同法還可選半峰寬（FWHM）、峰面積等。各項中的constraints可用來固定此峰與另一峰的關系，如Pt4f7/2和Pt4f5/2的峰位間距可固定為3.45，峰面積比可固定為4:3等。點Deletepeak可去掉此峰。然后再點Addpeak選第二個峰，如此重復。目前二十三頁\總數三十五頁\編于十七點目前二十四頁\總數三十五頁\編于十七點目前二十五頁\總數三十五頁\編于十七點5、擬合：選好所需擬合的峰個數及大致參數后，點Optimiseregion進行擬合，觀察擬合后總峰與原始峰的重合情況，如不好，可以多次點Optimiseregion。6、參數查看：擬合完成后，分別點另一個窗口中的RigionPeaks下方的0、1、2等可看每個峰的參數，此時XPS峰中變紅的為被選中的峰。如對擬合結果不region滿意，可改變這些峰的參數，然后再點Optimise。目前二十六頁\總數三十五頁\編于十七點目前二十七頁\總數三十五頁\編于十七點目前二十八頁\總數三十五頁\編于十七點7、點SaveXPS存圖，下回要打開時點OpenXPS就可以打開這副圖繼續進行處理。目前二十九頁\總數三十五頁\編于十七點8、數據輸出：點Data――Printwithpeakparameters可打印帶各峰參數的譜圖，通過峰面積可計算此元素在不同峰位的化學態的含量比。

點Data――Exporttoclipboard，則將圖和數據都復制到了剪貼板上，打開文檔（如Word文檔），點粘貼，就把圖和數據粘貼過去了。

點Data――Export（s