X射线光电子能谱学

  X射线光电子能谱学(XPS,英文全称X-ray photoelectron spectroscopy)是基于

  的表面分析技术,亦称化学分析用电子能谱学(ESCA),通过测量材料表面1-10纳米内光电子动能鉴定元素组成及化学态,具有分析精度高、不破坏样品的特点,广泛应用于半导体、催化剂和聚合物等材料的氧化、腐蚀、摩擦、润滑、粘接等界面过程研究。

  该技术采用单色铝Kα或复色镁射线激发样品电子,结合能计算公式为Eb=hv-Ek-w,需在超高真空环境下实施;同步辐射光源与高温高压反应腔扩展了其分析挥发性材料及原位反应过程的能力。

  团队1954年获得首条高分辨XPS谱线年推出首台商业XPS仪,西格巴恩因发展该技术获1981年

  照射所要分析的材料,同时测量从材料表面以下1纳米到10纳米范围内逸出电子的

  XPS是一种表面化学分析技术,可以用来分析金属材料在特定状态下或在一些加工处理后的表面化学。这些加工处理方法包括空气或超高真空中的压裂、切割、刮削,用于清除某些表面污染的

  (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)的简称。

  大约为千分之几,在特定条件下检出极限也有可能达到百万分之几,例如元素在表面高度集中或需要长时间的累积时间。

  进行X射线光电子能谱技术可以采用商业公司或个人制造的XPS系统,也可采用一个基于

  的光源和一台特别设计的电子分析器组合而成。商业公司制造的XPS系统通常采用光束长度为20至200微米的

  铝Kα线微米的复色镁射线。某些经特殊设计的少数XPS系统可以用于分析高温或低温下的挥发性液体和气体材料,以及在压强大约为1托的真空下进行工作,但这类XPS系统通常都相对少见。

  、磁场半球(电子能量分析仪)和照像平版做实验来记录宽带发射电子和速度的函数关系,他的实验事实上记录了人类第一条X射线光电子能谱。其他研究者如亨利·莫塞莱、罗林逊和罗宾逊等人则分别独立进行了多项实验,试图研究这些宽带所包含的细节内容。

  的首条高能高分辨X射线光电子能谱,显示了XPS技术的强大潜力。1967年之后的几年间,西格巴恩就XPS技术发表了一系列学术成果,使XPS的应用被世人所公认。在与西格巴恩的合作下,美国

  XPS的原理为利用X射线照射样品,激发原子的内层电子及价电子,使其发射出来,激发出来的电子称为光电子。通过测量不同能量的光电子的数目,以结合能或光电子的动能(结合能,Binding Energy(E

  (光电子动能)-w(功函数))为横坐标,相对强度(counts/s)为纵坐标可做出光电子能谱图,从而获得试样有关信息。因X射线光电子能谱学对化学分析极为有用,还被称为化学分析用电子能谱学(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)。

  X射线源(包括经过单色化和未经单色化的X射线源,通常利用铝或镁作为靶材)

  超高真空腔室及相应的真空泵组(腔室通常用高μ材料,即磁导率较高的材料,以屏蔽外界磁场)

  俄歇电子能谱(Auger Electron Spectroscopy, AES);

  测量元素组分在样品表面的均匀度(line profiling,或mapping);

  通过离子束蚀刻,测量元素组分与深度的关系(depth profiling);