材料学研究方法xps和AES（补充版）.pdf

XPS思考题 1. 在XPS分析中，用Al靶和Mg靶分别做激发源时，光电子峰和俄歇峰 的位置会有什么变化( 以结合能为横坐标），为什么？ 靶材改变，以结合能为横坐标，光电子峰位不受影响，俄歇峰位发生移动。 E b 当以结合能为横坐标时，由于 为元素的特征结合能，不随激发源的改变而改 变，即反映芯层能级和价带能级的光电子峰位置不发生改变；而对于俄歇峰 E  h E  E b kA b ,hv 改变时，E 不变，则 将发生改变，即俄歇峰的位置会发 kA 生变化。 3. 在AES能谱中，符号L1M1M2和L１L2 M２分别表示什么过程,请用简单的图示说明。 符号L1M1M2表述这样一个俄歇过程：外来粒子击出原子中L1层能级上的一个 电子，L1能级产生的空穴由M1层能级上的一个电子跃迁去填补，能级的能量之差 导致M2层能级上的一个电子发射。 符号L１L2 M２表述这样一个COSTER-KRONIG过程：外来粒子击出原子中L1层能 级上的一个电子，L1能级产生的空穴由L2层能级上的一个电子跃迁去填补，能级 的能量之差导致M2层能级上的一个电子发射。 5.俄歇电子能谱用做元素定性分析的依据是什么？它与什么有关？ 元素定性分析是用俄歇谱图上俄歇电子的特征动能峰来鉴别固体表面几个 原子层内,厚度一般在0.5～3nm内的化学元素。特征动能的大小取决于原子的种 类、原子内有关芯层结合能的强弱等。E = E –E - E 。特征动能具有类似于指 K A B C 纹鉴定的作用，表征原子的种类、原子所处的化学状态。 6.俄歇电子强度的影响因素有哪些？ 俄歇电子的强度与元素的存在量、原子的电离截面、俄歇产率以及逃逸深度 有关。 7.什么是化学位移？它们在实际应用中有什么作用？ 当原子的化学环境发生改变时（如原子价态变化或与电负性不同的原子相结 合），会引起原子的外层价电子密度发生变化。内层电子受到原子核的强烈库伦 作用，使电子在原子内具有一定的结合能，内层电子同时又受到外层电子的斥力 （屏蔽）作用。这样，当外层价电子密度减少时（如被测原子正氧化态增加或与 电负性比它大的原子结合时），这种屏蔽作用将减小，而内层电子的结合能将增 加；反之，结合能将减少。由于化合物结构的变化和元素氧化态的变化引起谱峰 有规律的位移称为化学位移。 化学位移和终态效应常用来作元素化学态的识别，并可以推知原子结合状态 和电子分布状态。此外它们还可以给出某些体系的结构信息。它们可提供材料表 面丰富的物理和化学信息。 8.在XPS谱图中可观察到哪几种类型的峰？ 光电子峰（芯层能级、价带能级）、双峰（能级分裂）、俄歇峰、伴峰（X- 线卫星峰、卫星峰、能量损失峰等）、韧致辐射背底与台阶状背底 9.用X射线光电子能谱仪进行元素鉴别时的一般分析步骤有哪些？ 用X射线光电子能谱进行元素鉴别是通过测定谱中不同元素芯光电子峰的结 合能直接进行的。就一般解析过程而言，①我们总是首先鉴别那些总是存在的元 素的谱线，特别是C和O的谱线；②其次鉴别样品中主要元素的强谱线和有关的次 强谱线；③最后鉴别剩余的弱谱线，假设它们是未知元素的最强谱线；④对于 p， d，f 谱线的鉴别应注意它们一般应为自旋双线结构，它们应有一定的能量间隔 和强度比，p 线的强度比约为1:2，d 线的强度比约为2:3，f 线的强度比约为3:4。 10.试用分析技术的基本原理简要阐述俄歇谱和光电子谱的构成及特征，从谱图 采集的数据中可以获取固体表面哪些信息，解决哪些问题？ 俄歇谱图：记录俄歇电子的计数随其动能的分布。分为俄歇微分谱：电子动 能峰的强度是从负峰值起至正峰值的高度（简称：峰-峰高度））或峰至本底的 高度。俄歇积分谱：电子动能峰的强度是谱线本底上的峰高或面积。 AES 具有五个有用的特征量：特征能量；强度；峰位移；谱线宽；和线型。由AES 的这五个方面特征可或等如下信息：表面特征、化学组成、覆盖度、键中的电荷 转移、电子态密度和表面键中的电子能级。 解决问题： （1） 材料表面