中国科学技术大学：《X射线光电子能谱学 X-Ray Photoelectron Spectroscopy》课程教学课件（原理、方法和应用）第4章 谱图的一般特征

中国斜我术大草 University of Science and Technology of China 第4章、谱图的一般特征 XPS谱图的初级结构 XPS谱图的次级结构

第4章、谱图的一般特征 1. XPS谱图的初级结构 2. XPS谱图的次级结构

4.0、XPS谱图的形式 >XPS谱图的采集： 》XPS谱图是通过用X射线照射样品材料的同时测量从材料 表面出射的电子的能量和数目而得到的。 ,XPS谱图的形式： ,光电子信号强度I随能量的变化关系(1~E): 数据采集模式： ,全扫描谱(Survey scan)：扫描能量范围宽(0~1100eV), 灵敏度高（分辨力低），元素鉴别。 ,高分辨谱（①Detail scan)：扫描能量范围窄(20eV左右）， 分辨力高，主要用于元素化学态分析。 中国斜草投术大室 Iniverstty of Science and Technology of China

4.0、XPS谱图的形式  XPS谱图的采集：  XPS谱图是通过用X射线照射样品材料的同时测量从材料 表面出射的电子的能量和数目而得到的。  XPS谱图的形式：  光电子信号强度I 随能量的变化关系(I ~ EB)；  数据采集模式：  全扫描谱(Survey scan)：扫描能量范围宽(01100eV)， 灵敏度高(分辨力低)，元素鉴别。  高分辨谱(Detail scan)：扫描能量范围窄(20eV左右)， 分辨力高，主要用于元素化学态分析

4.0、XPS谱图的形式 在XPS谱图中可观察到多种类型的谱峰。 》一部分是基本的并总可观察到一初级结构 另一些依赖于样品的物理和化学性质一次级结 构 光电发射过程常被设想为三步（三步模型) 光吸收和电离（初态效应）； 原子响应和光电子发射（终态效应）； ,电子向表面输运并逸出（外禀损失）。 所有这些过程都对XPS谱的结构有贡献。 中国绅学我术大学 University of Science and Technology of China

4.0、XPS谱图的形式  在XPS谱图中可观察到多种类型的谱峰。  一部分是基本的并总可观察到—初级结构  另一些依赖于样品的物理和化学性质—次级结 构  光电发射过程常被设想为三步（三步模型）  光吸收和电离（初态效应）；  原子响应和光电子发射（终态效应）；  电子向表面输运并逸出（外禀损失）。  所有这些过程都对XPS谱的结构有贡献

X-ray *aka ESCA Gun XPS X-ray Photo-electron Spectroscopy* Electron Spectrum Aluminum X-rays IN Cu XPS X-rays E目ectrons OUT 2p3 Survey Spectrum (Photons) Inside Vacuum of Pure Copper Energy=1486 eV (cu) Cu 2p1 Cu Cu Auger electrons Cu Cu 3s 3p 0.6mm Binding Energy of Electrons(eV) 0.4mm Wy华exclte atoms. Electrons Jump out. Usual Analysis Area and Depth E 10 8 002p00

Ag Survey Monochromated Al Ka 3dsn MVV 3dy2 1145 1120 Binding Energy (eV) 3pv2 MNV 4d 4s 4p 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Binding Energy(eV)

Ag Survey

4.1、XPS谱图的初级结构 1. 光电子谱峰 2俄歌电子谱峰 3.价带谱 爸中园斜术大 niverstty of Science and Technology of China

4.1、XPS谱图的初级结构 1. 光电子谱峰 2. 俄歇电子谱峰 3. 价带谱

4.1.1、光电子谱峰(photoelectron lines) 由于X射线激发源的光子能量较高，可以同时激发出多个 原子轨道的光电子，因此在XPS谱图上会出现多组谱峰。 由于大部分元素都可以激发出多组光电子峰，因此可以利 用这些峰排除能量相近峰的干扰，非常有利于元素的定性 标定。 ，最强的光电子线是谱图中强度最大、峰宽最小、对称性最 好的谱峰，称为XPS的主谱线。每一种元素都有自己的具 有表征作用的光电子线。它是元素定性分析的主要依据。 光电子峰的标记：以光电子发射的元素和轨道来标记，如 C1s,Ag3d5/2等 此外，由于相近原子序数的元素激发出的光电子的结合能 有较大的差异，因此相邻元素间的干扰作用很小。 中国绅学我术大字 University of Science and Technology of China

4.1.1、光电子谱峰(photoelectron lines)  由于X射线激发源的光子能量较高，可以同时激发出多个 原子轨道的光电子，因此在XPS谱图上会出现多组谱峰。 由于大部分元素都可以激发出多组光电子峰，因此可以利 用这些峰排除能量相近峰的干扰，非常有利于元素的定性 标定。  最强的光电子线是谱图中强度最大、峰宽最小、对称性最 好的谱峰，称为XPS的主谱线。每一种元素都有自己的具 有表征作用的光电子线。它是元素定性分析的主要依据。  光电子峰的标记:以光电子发射的元素和轨道来标记，如 C1s，Ag3d5/2等  此外，由于相近原子序数的元素激发出的光电子的结合能 有较大的差异，因此相邻元素间的干扰作用很小

HANDBOOK OF X-RAT PHOTOELECTRON SPECTHOSCOPY Silver,Ag i:47 Ag(MNN] MVV 0015 Mg Ka M.N.V 992 Ag(MNN) Ag 3d, 915 ① 900 700 600 50 400 20 100 BINDING ENERGY.eV PERKIN ELMER 113

Gold XPS wide scan spectrum 45n Monochromated Al Ko 4fs/2 Photoelectron 4s 4p12 4P32 4d32 Adsn 5s Afsn 4f2 5fin 5P3n Peaks Binding 763 643 547 353 335 110 88 84 74 57 energies Auger Peaks NoO4sO4s NNeN67 NaNeNG7 NsNG7V Binding 1416 1342 1324 1247 Energies 4d52 NNN 4d32 4p32 NNV 4p2 1400 1200 1000 800 600 400 200 Binding Energy(eV)

(1)光电子谱线特征 ，峰位置（结合能）：与元素及其能级轨道和化学态有关。 ，峰强度：与元素在表面的浓度和原子灵敏度因子成正比。 ，对称性：金属中的峰不对称性是由金属E附近小能量电子 空穴激发引起，即价带电子向导带未占据态跃迁。不对称 度正比于费米能级附近的电子态密度。 ,峰宽(WHM)：光电子线的谱线宽度来自于样品元素本质 信号的自然宽度、X射线源的自然线宽、仪器参数以及样 品自身状况的宽化因素等四个方面的贡献。 一般高分辨主峰峰宽值在0.3~1.7eV之间。 FWHM 12 niverstty of Science and Technology of China

(1) 光电子谱线特征  峰位置(结合能)：与元素及其能级轨道和化学态有关。  峰强度：与元素在表面的浓度和原子灵敏度因子成正比。  对称性：金属中的峰不对称性是由金属EF附近小能量电子- 空穴激发引起，即价带电子向导带未占据态跃迁。不对称 度正比于费米能级附近的电子态密度。  峰宽(FWHM)：光电子线的谱线宽度来自于样品元素本质 信号的自然宽度、X射线源的自然线宽、仪器参数以及样 品自身状况的宽化因素等四个方面的贡献。 一般高分辨主峰峰宽值在0.3～1.7 eV之间