电子能谱分析(PPT59页).ppt

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1、Chapter3电子能谱分析3.1电子能谱分析3.1.1电子能谱分析的概念电子能谱分析是一种表面（界面）物理分析方法，通过用单色光（X射线、紫外光）或电子束照射样品产生光电子或俄歇电子，收集这些电子所带有的样品表面信息和能量，从而对样品的组成和表面元素状态进行分析的方法。入射波或粒子发射波或粒子样品探测器数据处理与结果显示现代分析技术的基本原理图（1）表面和界面的概念我们从固体物理学中知道，理想晶体是由一种称为“晶胞”的结构单元在三维空间中重复排列而形成的一个无限“连续体”。但实际上各种物质并不是无限连续的，而是有尽头的，这

2、个尽头就是不同物质的交界处，即所谓界面。如固气界面是固体与气体的界面，固液界面是固体与液体的界面，同样还有液液界面，固固界面，液气界面。人们习惯上将固气界面和固液界面称为固体和液体的表面，实际上是凝聚态物质与气体或真空的一种过渡状态。Ⅰ.表面和界面概念的引入Ⅱ.表面和界面的概念物态之间的接触边界叫界面，其中固态━气态（或真空）接触边界叫表面。表面界面磁带剖面图聚酯基底表面和界面图示Ⅲ.研究表面和界面的目的Sinceitrequiresenergytoterminatethebonding,thesurfaceisenerge

3、ticallylessstablethanthebulk.Thisenergyisknownasthesurfacefreeenergy.Inthecaseofliquidinterfaces,thisenergyiscalledsurfacetension.物质的表面和界面具有不同于物质内部的性质（2）单色光和单色光源单色光：具有单一频率的光。单色光源：产生单色光的光源。（3）基态原子、光电子、X射线光电子、紫外光电子基态原子：不电离、不激发、不离解的自由原子光电子：基态原子在光子作用下电离产生的电子X射线光电子：用X射线

4、激发基态原子产生的电子紫外光电子：用紫外光激发基态原子产生的电子3.1.2电子能谱分析的种类根据激发源的不同，电子能谱分为:X射线光电子能谱(简称XPS)(X-RayPhotoelectronSpectrometer)紫外光电子能谱(简称UPS)(UltravioletPhotoelectronSpectrometer)俄歇电子能谱(简称AES)(AugerElectronSpectrometer)3.2光电子能谱分析3.2.1XPS（X射线光电子能谱）（1）激发源：X射线激发光源：Mg、Al靶X射线的产生（X射线衍射分析部

5、分已经讲述）（2）样品受激发产生光电子。光电子的产生：M+hυM+*+e-光电子产生示意图结合能的定义：原子核对于某一能级上电子的束缚力称为该能级电子的结合能。（3）XPS分析方法的原理对孤立的原子和分子而言：（1）式中EB是将电子从所在能级转移至真空能级时所需的能量，以真空能级为能量零点。根据能量守恒定律hυ=EB+EkEB=hυ-Ek（1）若以费米（Fermi)能级作为参考点，(1)式改写为：hυ=EB+φs+EkEB=hυ-φs-Ek（2）对固体样品，必须考虑晶体势场和表面势场对光电子的束缚作用，通常选取费米(Ferm

6、i)能级为参考点。对于固体样品，原子所得到的能量一部分用来将内层电子提升到Fermi能级，即电子结合能EB；其次是为了克服晶体场的作用将电子从Fermi能级提升到真空能级所需的能量，该能量称为样品的功函数；剩余能量是光电子的动能。（2）式中EB：以Fermi能级为参考点，将电子从所在能级转移至Fermi能级时所需的能量。（2）式中φ：将电子从Fermi能级提升至真空能级所需要的能量Fermi能级：0K固体能带中充满电子的最高能级。功函数φ：电子由Fermi能级自由能级的能量。能谱仪功函数小于样品功函数时，在样品和能谱仪之间

7、产生一定的电位差△V，使光电子加速，获得动能为Ek′能带：由于原子间的相互作用，使各原子中每一能级分裂成等于晶体中原子数目的许多小能级，这些能级通常连成一片，称为能带。导带：未充满电子的能带。Ek′=Ek+△φEk′=Ek+(φs-φsp)将上式代入(2)式Ek′=hυ-EB-φs+(φs-φsp)Ek′=hυ–EB–φspEB=hυ–Ek′–φsp（3）hυ:X射线光子能量，Ek′：实测光电子动能，φsp：能谱仪的功函数，～4ev获得EB样品的表面性质3.2.2UPS（紫外光电子能谱）（1）激发源：紫外光，产生：真空紫外灯

8、。激发光源：He气或Ne气真空紫外灯的结构紫外源能量，eV波长，nmHeIIHeINeIArIH(Ly)40.821.2216.8516.6711.8311.6210.2030.3858.4373.5974.37104.82106.67121.57HeI光子是He原子激发产生的，HeII