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X光电子能谱分析的原理与应用

日期:2020-05-07

X光电子能谱法(XPS)是一种表面分析方法,提供的是样品表面的元素含量与形态,而不是样品整体的成分。其信息深度约为3-5nm。如果利用离子作为剥离手段,利用XPS作为分析方法,则可以实现对样品的深度分析。固体样品中除氢、氦之外的所有元素都可以进行XPS分析。

XPS的应用

XPS主要应用是测定电子的结合能来实现对表面元素的定性分析。所用X射线源为MgKα,谱图中的每个峰表示被X射线激发出来的光电子,根据光电子能量。可以标识出是从哪个元素的哪个轨道激发出来的电子,如Al2s2p等。这样就可以实现对表面元素的定性分析。定性的标记工作可以由计算机来进行。但由于各种各样的干扰因素的存在,如荷电效应导致的结合能偏移,X射线激发的俄歇电子峰等,因此,分析结果时需要注意。

XPS谱图中峰的高低表示这种能量的电子数目的多少,也即相应元素含量的多少。由此,可以进行元素的半定量分析。由于各元素的光电子激发效率差别很大,因此,这种定量结果会有很大误差。同时特别强调的是,XPS提供的半定量结果是表面3-5nm的成份,而不是样品整体的成份。在进行表面分析的同时,如果配合Ar离子枪的剥离,XPS谱仪还可以进行深度分析。依靠离子束剥离进行深度分析,X射线的束斑面积要小于离子束的束斑面积。此时最好使用小束斑X光源。

元素所处化学环境不同,其结合能也会存在微小差别,依靠这种微小差别(化学位移),可以确定元素所处的状态。由于化学位移值很小,而且标准数据较少,给化学形态的分析带来很大困难。此时需要用标准样品进行对比测试。

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