【摘要】 XPS测试原理和XPS测试特点介绍

在做 X 射线光电子能谱(XPS)测试时，科学指南针检测平台工作人员在与很多同学沟通中了解到，好多同学仅仅是通过文献或者师兄师姐的推荐对XPS有了解，但是对于XPS测试原理还属于小白阶段，针对此，科学指南针检测平台团队组织相关同事对网上海量知识进行整理，希望可以帮助到科研圈的伙伴们；

 

XPS技术的理论基础源于德国物理学家赫兹于1887年发现的光电效应，其结构如下图所示。

 

XPS结构示意图

 

使用具有特征波长的软X射线(常用射线源Mg Kα-1253.6 eV 或Al Kα-1486.6 eV) 照射样品表面，和表层原子发生作用，当光子能量大于核外电子的结合能时，可将其中内层电子激发出来，这种电子就叫做光电子。这些光电子的能量具有高度特征性，通过检测器检测光电子的动能和光电子的数量，就可以得出样品表面元素的化学状态及含量。此过程可以用如下方程表示:

EK= hv－EB－φ

式中: EK为光电子的动能; hv 为入射光子的能量; EB为样品中电子的结合能; φ为逸出功。

当原子周围的化学环境发生变化时，内层电子的结合能也跟着发生变化，这种内层电子结合能随化学环境变化的现象叫做化学位移。

 X射线光电子能谱能测试化学位移，因此也就可以得出表面元素所处的化学状态。

 化学位移在谱图上表现为谱峰位置的变化，以谱峰的强度为基础，可以把谱峰面积通过灵敏 度因子法与元素含量联系起来，从而对样品做出定量分析。

 此外，在光电离过程中，除了发射光电子以外，同时还通过弛豫(去激发)过程，发射俄歇(Auger)电子。这两类电子的区别在于光电子动能与入射光子的能量有关系，俄歇电子动能与激发光子的能量无关，其值等于初始离子与带双电荷的终态离子之间的能量差值。

 随着XPS相关科学的进展，Mg/Al单色器的应用，使得检测分辨率和灵敏度有了大幅提升，可以研究导带、价带内电子的状态密度，直接测定Fermi 能区。选区分析、化学成像等功能的完善，可以提供元素分布图像及化学态分布像，配合氩离子刻蚀技术进行深度剖析，纵向分布的化学信息也能够表征研究。

 

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