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X射线光电子能谱

实验技术

X 射线光电子能谱

3

郭 沁 林

(中国科学院物理研究所 北京凝聚态物理国家实验室 北京 100080)

摘 要 X 射线光电子能谱(X 2ray phot oelectr on s pectr oscopy,XPS )技术也被称作用于化学分析的电子能谱(elec 2

tr on s pectr oscopy for che m ical analysis,ESC A ).XPS 属表面分析法,它可以给出固体样品表面所含的元素种类、化学组

成以及有关的电子结构重要信息,在各种固体材料的基础研究和实际应用中起着重要的作用.文章简要介绍了XPS 仪器的工作原理和分析方法,并给出了XPS 在科学研究工作中的应用实例.关键词 X 射线光电子能谱(XPS ),电子能谱,表面分析

X 2ray photoelectron spectroscopy

3

G UO Q in 2L in

(B eijing N ational L aboratory for Condensed M atter Physics,Institute of Physics,Chinese A cade m y of Sciences,B eijing 100080,China )

Abstract X 2ray photoelectron s pectroscopy (XPS ),als o called electron s pectroscopy for chem ical analysis (ESCA ),is widely used both in basic research and in analysis of materials,particularly in surface analysis .U 2sing XPS we can obtain infor mation on the elemental surface compositi on (excep t for H and He ),and the elec 2tr onic structure of the materials involved .This paper will briefly review the p rinci p le of XPS,basic qualitative and quantitative data analysis methods,and s ome app licati on examp les .

Keywords X 2ray phot oelectron spectroscopy (XPS ),electr on s pectr oscopy,surface analysis

3 国家自然科学基金(批准号:10574153)资助项目

2007-03-08收到

 Email:qlguo@aphy .i phy .ac .cn

1 引言

自德国物理学家伦琴1895年发现X 射线以

来,与其有关的分析技术不断问世,X 射线光电子能谱(X 2ray phot oelectr on s pectr oscopy,XPS )分析法就是其中的一种,它在材料的基础研究和实际应用中都起着非常重要的作用.当X 射线与样品相互作用后,激发出某个能级上的电子,测量这一电子的动能,可以得到样品中有关的电子结构信息,这就是XPS 方法的最简单描述.XPS 的早期实验室工作可追溯到上世纪40年代.到了60年代末,出现了商品化的XPS 仪器.随着真空技术的发展,1972年有了超高真空的XPS 仪器.在XPS 的研发过程中,瑞典Upp sala 大学的Siegbahn K M 教授作出了特殊的贡献,为此他获得了1981年的诺贝尔物理学奖.

物质的物理、化学性质与原子排列和电子结构

紧密相关,同样的碳元素由于组成分子的结构不同

而形成不同性质的石墨或金刚石就是很好的实例.

应用XPS 技术,可以测出固体样品中的元素组成、化学价态,得到许多重要的电子结构信息.XPS 在金属、合金、半导体、无机物、有机物、各种薄膜等许多固体材料的研究中都有很多成功应用的实例.本文简要介绍XPS 的基本工作原理、数据分析(包括定性和定量分析的主要依据)要点,并给出一些测试分析和研究实例.

2 X 射线光电子能谱(XPS )原理简介

XPS 是测量电子能量的谱学技术

[1—3]

.我们知

X射线光电子能谱

(共6页)