XPS的測試與數據分析總結XPS的樣品一般是10mm*10mm*5mm,也可以更小些。厚度不能超過5mm，XPS分析室的真空度可以達到<10-9Pa,因此樣品要干燥，不能釋放氣體。XPS的靈敏度很高，待測樣品表面，絕對不能用手，手套接觸，也不要清洗。發展方向：單色化，小面積，成像XPS一、功能與特點定性分析--根據測得的光電子動能可以確定表面存在哪些元素，

a.能夠分析出了氫，氦以外的所有元素，靈敏度約0.1at%。空間分辨率為100um,X-RAY的分析深度在1.5nm左右。b.相隔較遠，相互干擾較少，元素定性的相鄰元素的同種能級的譜線標識性強。c.能夠觀測化學位移，化學位移同原子氧化態、原子電荷和官能團有關。化學位移信息是利用XPS進行原子結構分析和化學鍵研究的基礎。（2）定量分析--根據具有某種能量的光電子的強度可知某種元素在表面的含量，誤差約20%。既可測定元素的相對濃度，又可測定相同元素的不同氧化態的相對濃度。（3）根據某元素光電子動能的位移可了解該元素所處的化學狀態，有很強的化學狀態分析功能。（4）由于只有距離表面幾個納米范圍的光電子可逸出表面，因此信息反映材料表面幾個納米厚度層的狀態。（5）結合離子濺射可以進行深度分析。（6）對材料無破壞性。（7）由于X射線不易聚焦,照射面積大,不適于微區分析。（8）是一種高靈敏超微量表面分析技術，樣品分析的深度約為20?，信號來自表面幾個原子層，樣品量可少至10的-8次方g，絕對靈敏度高達10的-18次方g。

二、原理XPS的產生當單色的X射線照射樣品,具有一定能量的入射光子同樣品原子相互作用：（1）光致電離產生光電子；（2）電子從產生之處遷移到表面；（3）電子克服逸出功而發射。用能量分析器分析光電子的動能,得到的就是X射線光電子能譜。這方面很多書上都介紹了，歸根結底就是一個公式：E(b)=hv-E(k)-WE(b):結合能（bindingenergy）hv:光子能量（photoenergy）E(k):電子的動能（kineticenergyoftheelectron）W:儀器的功函數（spectrometerworkfunction）通過測量接收到的電子動能，就可以計算出元素的結合能。鋁靶：hv=1486.6eV鎂靶：hv=1253.6eVXPS譜線中伴峰的來源：振離(Shake-off):多重電離過程（能量差為帶有一個內層空穴離子基態的電離電位）A+hν=(A2+)*+2e-

正常：Ek(2P)=hν-Eb(2P)

振離：Ek’(2P)=hν-[Eb(2P)+Eb(3d)]振激(Shake-up):在X-ray作用下內層電子發生電離而使外層電子躍遷到激發的束縛態導至發射光電子的動能減少。（能量差為帶有一個內層空穴離子基態的電離電位）能量損失(Energyloss):由于光電子在穿過樣品表面時同原子（或分子）發生非彈性碰撞而引起的能量損失。X射線伴線(X-raystatellites):X-ray不是單一的Ka，還有Ka1,2,3,4,5,6以及Kβ。(主要有Ka3,4構成)多重分裂(Multipletsplitting):一般發生在基態有未成對電子的原子中。俄歇電子(Augerelectron):當原子內層電子光致電離而射出后，內層留下空穴，原子處于激發態，這種激發態離子要向低能態轉化而發生弛豫，其方式可以通過輻射躍遷釋放能量，波長在X射線區稱為X射線熒光；或者通過非輻射躍遷使另一電子激發成自由電子，這種電子就稱為俄歇電子。對其進行分析能得到樣品原子種類方面的信息。XPS譜圖中伴峰的鑒別：在XPS中化學位移比較小，一般只有幾ev，要想對化學狀態作出鑒定，首先要區分光電子峰和伴峰）光電子峰：在XPS中最強（主峰）一般比較對稱且半寬度最窄。俄歇電子峰：Auger有兩個特征：1.Auger與X-ray源無關，改變X-ray，Auger不變。2.Auger是以譜線群的形式出現的。振激和振離峰：振離峰以平滑連續譜的形式出現在光電子主峰低動能的一邊，連續譜的高動能端有一陡限。

振激峰也是出現在其低能端，比主峰高幾ev，并且一條光電子峰可能有幾條振激伴線。能量損失峰：其特點是隨X-ray的波動而波動。多重分裂峰：多重分裂峰的相對強度等于終態的統計權重。如：Mn2+離子具有5個未成對電子，從Mn2+內層發射一個s電子，其J值為（5/2+1/2）和（5/2-1/2），其強度正比于（2J+1），即其分裂峰的相對強度為7:5；X-ray伴線產生的伴峰：X-ray的伴線能量比主線（Ka1,2）高，因此樣品XPS中光電子伴峰總是位于主峰的低結合能一端（如下圖所示），這也是X-ray伴線產生的伴峰不同于其

它伴峰的主要標志。紫外光電子能譜分析（UPS—Ultra-violetphotoelectronSpectroscopy）XPS分析使用的光源陽極是Mg或Al，其能量分別是1487和1254eV。

(1)Mg/Al雙陽極X射線源能量范圍適中（Mg：1253.7，Al：1486.7eV）;(2)X射線的能量范圍窄（0.7和0.85eV）能激發幾乎所有的元素產生光電子；(3)靶材穩定，容易保存以及具有較高的壽命。UPS的光源為氦放電燈，能量為21.2或40.8eV，其能量只能夠激發出價帶電子，因此主要用于價帶分析。深度剖面分析用離子束濺射剝蝕表面,用X射線光電子譜進行分析,兩者交替進行,可以得到元素及其化學狀態的深度分布。三、制樣樣品尺寸不宜過大，一般應不大于10x10x5mm；樣品表面應大體上平整；樣品最好能夠導電；表面應作脫脂處理，絕對避免用手觸摸；原始表面應盡可能盡快測試，避免長時間在空氣中存放；粉末樣品可以壓成塊狀，或撒布在膠帶上；也可以將粉末溶解在適當溶劑中做成溶液，涂在樣品臺上，再使溶劑揮發即成樣品；氣體、液體樣品多用冷卻法令其凝固。樣品的預處理：（對固體樣品）

1.溶劑清洗（萃取）或長時間抽真空除表面污染物。

2.氬離子刻蝕除表面污物。注意刻蝕可能會引起表面化學性質的變化（如氧化還原反應）。

3.擦磨、刮剝和研磨。對表理成分相同的樣品可用SiC(600#)砂紙擦磨或小刀刮剝表面污層；對粉末樣品可采用研磨的方法。

4.真空加熱。對于能耐高溫的樣品，可采用高真空下加熱的辦法除去樣品表面吸附物。樣品的安裝：

一般是把粉末樣品粘在雙面膠帶上或壓入銦箔（或金屬網）內，塊狀樣品可直接夾在樣品托上或用導電膠帶粘在樣品托上進行測定。其它方法：

1.壓片法：對疏松軟散的樣品可用此法。

2.溶解法：將樣品溶解于易揮發的有機溶劑中，然后將其滴在樣品托上讓其晾干或吹干后再進行測量。

3.研壓法：對不易溶于具有揮發性有機溶劑的樣品，可將其少量研壓在金箔上，使其成一薄層，再進行測量。利用XPS譜圖鑒定物質成分：利用某元素原子中電子的特征結合能來鑒別物質自旋-軌道偶合引起的能級分裂，譜線分裂成雙線（強度比），特別對于微量元素。利用俄歇化學位移標識譜圖鑒定物質：如：Cu與CuO的化學位移為0.4eV，Ag與Ag2SO4化學位移為0.1eV而對它們來說俄歇化學位移相當大。應用由于元素的結合能是唯一標識的，因而我們可以用xps作：（1）組成樣品的元素的標定（2）各元素含量的計算（3）元素的側向分布（4）化學態標定（5）測量超薄（小于5納米）樣品的厚度XPS實驗結果如何分析XPS譜圖的解釋步驟：在XPS譜圖中首先鑒別出C1s、O1s、C(KLL)和O(KLL)的譜峰（通常比較明顯）鑒別各種伴線所引起的伴峰。先確定最強或較強的光電子峰（或俄歇電子峰）再鑒定弱的譜線。辨認p、d、f自旋雙重線，核對所得結論。XPS分峰計算表面元素含量用所有分峰面積加和做總面積，除以靈敏度因子，如一個元素如Si2p有兩個峰，把每一個人的峰面積相加，然后除