这里面最主要的是光电子能谱分析仪,需要用到高真空,超高真空
所有的原理80%是相似的,为什么要用高真空,超高真空?
X射线就是光,你打出来的光,发射出来的是光电子,光是如何转化成电的?
我们有一束光,打在样品表面,会产生光电子,我们收集光电子,然后测试能量
我们为什么说ESCA,是XPS的另一种形式,电子光谱的化学分析,我们用XPS是为了分析样品表面的化学环境,化学分析,所以ESCA它对应的就是最早期的XPS,虽然他们的符号不一样,但是意义是一样的。
这是X射线从我们腔体出发,打到样品表面,然后会产生光电子,电子是怎么来的?
光子的能量打到样品表面,能量足够使得价电子被打跑
差别在于一个用紫外线,另一个用X射线
空轨道是对俄歇电子能谱的命名,俄歇电子是轨道之间的能量,所以基本上不会产生变化
因为不随着射线而变化,也不随其他能量变化,所以是固定不变的,动能肯定都是会变得
最主要的是上面两个公式,要把表面上的电子激发出来,然后就会有出来的动能
比如2s上的红色的,然后我的hv是知道的,从2s到费米能级的位置就是它的结合能,也就是该电子到费米能级的距离就是结合能,如果我说我的材料定了,结合能就确定了,轨道理论是虚拟的,也就是轨道定了,原子跃迁到费米能级的距离就是已知的,所以结合能是一定的
最开始的能量减去结合能和逸出功,自由了之后,向外跑就是它的动能
横坐标可以选择动能,也可以选择结合能
这是我通过XPS仪,有很多peak,有横坐标也有纵坐标,横坐标就是结合能(或者动能),纵坐标是电子的计数,
n代表主量子数,只能从1开始,p是角量子数
我在轨道中的所有电子都是自己运动的,所以会存在耦合,耦合之后,不是单一轨道的话,再XPS谱上就会有两个以上的轨道,峰就会分裂,能级分裂,就会导致曲线不是单一的,一个峰就会分成两个,这是我们辨别元素最主要的途径
这是我们求光电子动能的方程
所以从这个谱里面可以看到,理论上我们可以分析出,磷和铟之间的化合价
为什么没有p的1s,铟的2s,2p?
因为这些电子距离中心太近了,结合能比较高,光电子打不出来他
电离截面,光子打到样品表面,出来的概率(或者数量)的比率,我们要记住的是,X射线打到样品表面可以出来多少电子
最多的是4f 2/7 一个是因为远另一个是轨道上的电子多
这是结合能的图,动能是Kinetic energy,结合能是向上变小,向下是变大的,越靠近原子核,所需要的能量就越大,越往上,代表距离越远,所以距离远被打出来的概率就大,距离近的电子就很难出来,如果原子序数在50以上,找1s,2s的电子就很难找到
我们可以计算深度
非弹性的平均自由程
我们用这个距离告诉我们如何计算深度
光打到样品表面,让电子跑出来,跑出来的电子才叫光电子,比如大的深度为d,从原子跑出来的电子的概率是有限的,我们看电流I
它的电流可以代入这个公式,5~1500 ev,5~1500ev,就会导致就会非常小,所以深度最大可以到10nm,AES只能打到5nm以内
现在我们开始讲仪器,给了我们一个Top View的图,在XPS里面最重要的是最后的部分,我们现在需要掌握的是能量分析器,能量分析仪,我们就是用来光打到表面的能量的,精准的测出能量然后才能进行波谱分析,
这个部件是非常重要的,测出来的东西决定了是正确的,和不正确的
我们叫做铜芯的半球分析器
X射线打在样品表面所有能出现的数目和能量,然后我们根据数目和能量的方程或者说轨迹,我们才可以得到他的光谱
半球电子分析器,只要涉及到XPS中,在半球的两端放置不同的能级差,我就可以导出我想要的光谱图,XPS的光谱图是怎么来的,按照不同的时间顺序来扫描,通过函数就可以得到我们想要的光谱
在铜芯半球分析器上可以设置电压,然后进行结构的扫描,就可以按照时间得到曲线
为了增加分辨率,我们可以增加,预减速的透镜,加所有的东西,都是为了增大分辨率,得到准确数据
从样品表面出来的所有光电子,到达能量分析器之后,不是所有的都能到达,透过概率和能量还有分析半径有关,与狭缝也有关系,还跟所有的光学元件的组装有关,还跟光电子的能量有关,我到底是如何通过同心半球分析器得到XPS光谱呢?
对于同心半球分析器来说,有一个恒定的通过能量,预减速的透镜,可以设置两端电压差
我们采用的是双阴极的X射线,对于我们想要用到的XPS光谱,X射线源,用的是Al和Mg的
光谱越窄,分析出来的就越准确
光电子超过2000v以上,反冲力就很明显,两千以下反冲力可以忽略
所以我们选用常用的Mg和Al
为什么选择Mg和Al?
涉及到一个半峰宽,半峰宽越窄,对我分析的影响就越小,需要半峰宽越窄
(1)能量符合 (2)半峰宽能到到要求
为什么双阳极?
在XPS谱里面可以观察到俄歇光谱,你可以判断样品,XPS光谱仪有没有什么误差
我们可以用来就(1)校准仪器(2)提高分辨率
因为结合能不会动,所以我们采用结合能而不是动能作为横坐标
如何来识别XPS光谱,我们把样品放到仪器里,光电子能
我们可以按照结合能去查,查我们在这个的位置上,看看在这个网址上出来的是什么,我们就要找到每个峰所对应的结合能得位置,如果是800,那我们就要知道是Ba的3d,耦合之后能级就会分裂,所以分裂的峰也不要大惊小怪
分裂的峰之后查完了,要查小峰,做到和样品相符合
强度可以算面积,态密度可以用来算面积,面积可以用来算含量
它是如何算态密度的,我们如何算相应的定量分析,都是有一系列逻辑关系的?
2p理论上强于3p
3d理论上大于3p
卫星峰
外层电子是价电子,能量相对低,外面受到的力比较少
跑了一个电子能量要收缩