1、电子能谱分析法表 1 常用的表面分析技术粒子源 APS: Appearance potential spectroscopyIEX: Ion excited X-raysEELS： 电子能量损失谱，主要用于研究表面上吸附质的振动谱 入射束（一次） 出射束（二次） X射线 电子 离子 UV光源 / UPS /X射线 / XPS /电子 APS AES, EELS, SEM/离子 IEX INS SIMS, ISS生物材料测试方法 -能谱法与表面测试表 2 表面分析在材料研究中的一些应用领域 表面（直接分析）界面（断裂或深度分析） 薄膜（深度分析）分凝 分凝 层间扩散扩散 扩散 离子注入污染 脆化
2、 化学反应层（钝化层）吸附 晶间腐蚀 蒸发层氧化 烧结 保护涂层催化 粘结 微电子器件摩擦与摩损 复合材料 热分解（降解） 生物材料测试方法几种分析方法比较n 表 3主要表面分析技术特性比较 n 分析技术 AES XPS ISS SIMS n 测量类型 能量 能量 能量 质量（静） 质量（动）n 测量 主要 元素 元素，化学键 元素 元素，同位素 元素，同位素n 信息 辅助 像，化学键 深度分析， 同位素结构 化合物 成像，化合物n 深度分析等 价带结构等 飞行质谱n 深度 1nm 1nm 0.3nm 0.6nm 10nmn 侧向 1-0.1m 1mm-100m 1mm 1mm 0.5-0.0
3、5mn 灵敏度（原子分数） 10（ E-3,-2） 10(E-3,-2) 10(E-2) 10(E-5) 10(E-6)n 不能检测的元素 H,He H,He H - -n 定量 容易程度 + + + + + n 分析 准确度 + + + + +n 使用容易程度 + + + + +n 灵活机动性 + + + + +n 总使用率（ %） 40 40 5 5 10n 表面分析 + + + + +n 薄膜分析 + + + + +n 主要应用领域 金属 ,半导体 金 ,半 ,陶 ,有机 金 ,半 金 ,半 ,有 半 ,金 ,陶n 二维分辨能力 0.1m2 ,25-100m2 1mm2-1cm2 1mm
4、2 1mm2n 有效推出期（年） 1968 1967 1967 1970 1968技术名称 技术过程基础紫外光电子能谱PES（ UPS）测量由单色 UV光源电离出的光电子能量X射线光电子能谱XPS（ ESCA）测量由单色 X射线源电离出的光电子能量俄歇电子能谱 AES 测量由电子束或光子束先电离而后放出的俄歇电子能量离子中和谱 INS 测量由稀有气体电离冲击出的俄歇电子能量电子冲击能量损失谱 ELS由一单色电子束冲击样品，测量由此产生出的电子能量Penning电离谱 PIS 由介稳激发态原子冲击样品，测量由此产生的电子能量自电离电子谱 与俄歇电子相似，测量由超激发态自由离子衰减而产生的电子能量
5、表 4 电子能谱的主要类型 生物材料测试方法X射线光电子能谱法 （ XPS）n n 基本原理（ 1）n 电离能（气态） Ij = E2 E1 +Er + n 结合能（固态） Ebf = hv Ekv - sp n Ekv为从谱仪飞出来的光电子动能； sp为谱仪功函数n 通过测试飞出光电子能量 Ekv， 而入射粒子的能量hv已知，即可得到电子与原子核的结合能 Ebf。 不同原子外层电子、或同一原子不同化学环境均有特定的结合能。n 注意：单位电子击出的光电子数并非一个单位 （光照截面）X-ray UV， X-ray M+ e X-ray e e M M+ + e光电子能谱粒子作用基本过程 能量关系可表示： 原子的反冲能量忽略 (0.1eV） 得电子结合能电子动能基本原理就是光电效应。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 (Fermi)能级为 的参考点。0k时固体能带中充满电子的最高能级对孤立原子或分子， 就是把电子从所在轨道移到真空需的能量，是以真空能级为能量零点的。功函数功函数为防止样品上正电荷积累，固体样品必须保持和谱仪的良好电接触，两者费米能级一致。实际测到的电子动能为：仪器功函数
