x射线光电子能谱和俄歇电子能谱学

XPS和AES的主要是一个过程电离由一个光子或电子引起的,m + hν→m^{+ *}+ e⁻,或者m + e⁻→米^{+ *}+ 2 e⁻,m是一个原子的材料。光子在光化电离事件引起电子的弹射离散动能以XPS,留下一个兴奋的离子(m^{+ *})。的动能出射电子的能量是不同的入射光子的能量和电子的结合能。

电子电离的原子也会产生兴奋的离子和二次电子。与XPS,因为电子电子之间的相互作用,这些主要电子原子发出没有离散能量。

兴奋的离子,由光子或电子电离,可以通过两种机制,放松或二级过程。一条路径包括x射线发射光子的形式,相同的过程中观察到x射线荧光。这些光子通常这样的能量,他们拥有大量逃脱深度(即光子来自深处示例),因此通常不包含相关信息的表面。激动的离子还可以通过二次电子发射,放松称为俄歇电子,形成一个双电离原子。重要的是要注意,XPS可以产生与离散能量通过光化电离和电子钻过程中,而电子电离产生的电子与离散能量只有通过钻过程。俄歇电子的动能不取决于电离光子或电子的能量,而XPS的电子。

x射线光电子能谱学

由于电子的结合能发出通过XPS离散和electron-binding能量不同元素的原子有不同特点,发射的电子束可以提供一个简单的元素分析的方法。XPS的特异性很好,因为没有系统的元素之间的谱线重叠。

瑞典物理学家Kai西格巴恩,谁赢了诺贝尔奖1981年物理学奖XPS的发展,发现化学环境一个元素的小而可衡量的影响电子结合能以XPS衡量。这一发现极大地提高了XPS表面分析的价值。例如,3的结合能d_3/2电子元素钼表面上的催化剂是在227.6电动汽车,而同样的电子在三氧化钼(+ 6氧化态)在同一表面232.7 eV。类似的,相同的电子的结合能在钼氧化态+ 4 229.6 eV。这使得它可以测量不同氧化态的钼在同一样本。通过使用这种“化学位移”信息,因此XPS谱可以提供不仅元素分析,还分析元素的化学状态的表面。

XPS是非常有效的技术对表面元素的定性分析,可以检测所有元素除外氢和氦。元素的检出限不同高达1%的表层一些光元素只有不到0.1%的表层重元素。重叠的XPS线是非常罕见的,当它发生时,二次线能产生明确的分析。

XPS也是一个定量技术。估计是可能的作文表面没有广泛的校准,使用敏感性因素,发表在±30%的实际价值。在相对的校准系统标准偏差测量值的±5%或更好。

XPS是有限的使用映射的复合表面。主要困难与XPS相对于其他技术是小横向分辨率在表面,因为x射线束的直径通常是几个毫米,这是大的相对重要性在表面的距离映射。也不是很有效地获取深度资料,因为它必须结合用离子溅射的删除层材料和数据采集的进度太慢了。

俄歇电子能谱学

俄歇电子的能量(法国物理学家皮埃尔钻)的名字命名,像XPS光电子的能量,是个人的特征化学元素。因此,可以使用AES分析一样XPS表面使用。然而,由于不同的特点和局限性的主要梁两种技术,光子与电子,AES不同发展,代表了一个互补的技术。

一个电子束更容易比x射线聚焦。由此产生的高强度,直径较小的梁呈现AES的理想表面映射,XPS缺乏的能力。实际扫描表面,测量速度快是必要的,因为单个分析光束穿过表面必须完成。螺旋插装因此专注于快速分析。速度的增加,然而,光谱分辨率,牺牲,虽然俄歇电子显示化学变化一样XPS电子,钻仪器通常不能衡量他们。

与离子溅射结合使用公开连续层表面,精确聚焦的电子束和迅速分析AES的能力使它理想的技术深度剖析。因此,XPS和AES,既操作相似的原则,以不同的方式和互补能力是有用的。

AES有点有限的材料,它可以研究,XPS的限制不能共享。因为AES主要由电子束,它只可以使用的分析导体和半导体,进行充电。在绝缘体,发生电荷累积影响的能量新兴俄歇电子,使其无用的信号进行分析。

敏感性对大多数元素是与XPS和AES比,因为可以获得高强度聚焦束与电子而不是光子。敏感性增加更强烈的光束。