XPS表征測試

在做 X 射線光電子能譜(XPS)測試時(shí)，發(fā)現(xiàn)有的同學(xué)對(duì)XPS的原理了解的不是很透徹，所以鑠思百檢測小編整理了相關(guān)信息，希望能幫到大家

XPS技術(shù)的理論基礎(chǔ)源于德國物理學(xué)家赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)的光電效應(yīng)，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。

XPS結(jié)構(gòu)示意圖

使用具有特征波長的軟X射線(常用射線源Mg Kα-1253.6 eV 或Al Kα-1486.6 eV) 照射樣品表面，和表層原子發(fā)生作用，當(dāng)光子能量大于核外電子的結(jié)合能時(shí)，可將其中內(nèi)層電子激發(fā)出來，這種電子就叫做光電子。這些光電子的能量具有高度特征性，通過檢測器檢測光電子的動(dòng)能和光電子的數(shù)量，就可以得出樣品表面元素的化學(xué)狀態(tài)及含量。此過程可以用如下方程表示:

EK= hv－EB－φ

式中: EK為光電子的動(dòng)能; hv 為入射光子的能量; EB為樣品中電子的結(jié)合能; φ為逸出功。

當(dāng)原子周圍的化學(xué)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，內(nèi)層電子的結(jié)合能也跟著發(fā)生變化，這種內(nèi)層電子結(jié)合能隨化學(xué)環(huán)境變化的現(xiàn)象叫做化學(xué)位移。

X射線光電子能譜能測試化學(xué)位移，因此也就可以得出表面元素所處的化學(xué)狀態(tài)。

化學(xué)位移在譜圖上表現(xiàn)為譜峰位置的變化，以譜峰的強(qiáng)度為基礎(chǔ)，可以把譜峰面積通過靈敏 度因子法與元素含量聯(lián)系起來，從而對(duì)樣品做出定量分析。

此外，在光電離過程中，除了發(fā)射光電子以外，同時(shí)還通過弛豫(去激發(fā))過程，發(fā)射俄歇(Auger)電子。這兩類電子的區(qū)別在于光電子動(dòng)能與入射光子的能量有關(guān)系，俄歇電子動(dòng)能與激發(fā)光子的能量無關(guān)，其值等于初始離子與帶雙電荷的終態(tài)離子之間的能量差值。

隨著XPS相關(guān)科學(xué)的進(jìn)展，Mg/Al單色器的應(yīng)用，使得檢測分辨率和靈敏度有了大幅提升，可以研究導(dǎo)帶、價(jià)帶內(nèi)電子的狀態(tài)密度，直接測定Fermi 能區(qū)。選區(qū)分析、化學(xué)成像等功能的完善，可以提供元素分布圖像及化學(xué)態(tài)分布像，配合氬離子刻蝕技術(shù)進(jìn)行深度剖析，縱向分布的化學(xué)信息也能夠表征研究。

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