1、电子能谱学第四讲X射线光电子能谱的分析方法朱永法清华大学化学系2002.10.151清华大学化学系材料与表面实验室内容提要 前言 样品制备和预处理 离子束溅射技术 XPS定性分析 XPS定量分析 XPS价态分析 XPS深度剖析 XPS指纹峰分析2清华大学化学系材料与表面实验室前言前言 实验方法的种类和重要性 分析方法的种类和重要性 信息的来源以及应用范围的适用性3清华大学化学系材料与表面实验室样品的制备 X射线光电子能谱仪对待分析的样品有特殊的要求，在通常情况下只能对固体样品进行分析。 由于涉及到样品在超高真空中的传递和分析，待分析的样品一般都需要经过一定的预处理。 主要包括样品的大小，粉体样
2、品的处理 , 挥发性样品的处理，表面污染样品及带有微弱磁性的样品的处理。 4清华大学化学系材料与表面实验室 在实验过程中样品必须通过传递杆，穿过超高真空隔离阀，送进样品分析室。因此，样品的尺寸必须符合一定的大小规范。 对于块体样品和薄膜样品，其长宽最好小于10mm, 高度小于 5 mm。 对于体积较大的样品则必须通过适当方法制备成合适大小的样品。 但在制备过程中，必须考虑到处理过程可能会对表面成分和状态的影响。样品的大小5清华大学化学系材料与表面实验室粉体样品粉体样品 粉体样品有两种制样方法，一种是用双面胶带直接把粉体固定在样品台上，另一种是把粉体样品压成薄片，然后再固定在样品台上。 前者的优
3、点是制样方便，样品用量少，预抽到高真空的时间较短，缺点是可能会引进胶带的成分。在普通的实验过程中，一般采用胶带法制样。 后者的优点是可在真空中对样品进行处理，如原位和反应等，其信号强度也要比胶带法高得多。缺点是样品用量太大，抽到超高真空的时间太长。6清华大学化学系材料与表面实验室挥发性材料 对于含有挥发性物质的样品，在样品进入真空系统前必须清除掉挥发性物质。 一般可以通过对样品加热或用溶剂清洗等方法。 在处理样品时，应该保证样品中的成份不发生、化学变化。7清华大学化学系材料与表面实验室污染样品污染样品 对于表面有油等有机物污染的样品，在进入真空系统前必须用油溶性溶剂如环己烷，丙酮等清洗掉样品表
4、面的油污。最后再用乙醇清洗掉有机溶剂， 对于无机污染物，可以采用表面打磨以及离子束溅射的方法来清洁样品。 为了保证样品表面不被氧化，一般采用自然干燥。 8清华大学化学系材料与表面实验室带有磁性的材料 由于光电子带有负电荷，在微弱的磁场作用下，也可以发生偏转。当样品具有磁性时，由样品表面出射的光电子就会在磁场的作用下偏离接收角，最后不能到达分析器，因此，得不到正确的XPS谱。 此外，当样品的磁性很强时，还有可能使分析器头及样品架磁化的危险，因此，绝对禁止带有磁性的样品进入分析室。 一般对于具有弱磁性的样品，可以通过退磁的方法去掉样品的微弱磁性，然后就可以象正常样品一样分析。 9清华大学化学系材料与表面实验室离子束溅射技术 在 X射线光电子能谱分析中，为了清洁被污染的固体表面，常常利用离子枪发出的离子束对样品表面进行溅射剥离，清洁表面。 然而，离子束更重要的应用则是样品表面组分的深度分析。利用离子束可定量地剥离一定厚度的表面层，然后再用 XPS分析表面成分，这样就可以获得元素成分沿深度方向的分布图。 作为深度分析的离子枪，一般采用 0.5 5 KeV的Ar离子源。扫描离子束的束斑直径一般在 110mm范围，溅射速率范围为 0.1 50 nm/min。10清华大学化学系材料与表面实验室
