第七章电子能谱 电子能谱,就是用一定能量的电子束或光子与样品表面相互作用,使样品表面原子中 不同能级的电子激发成自由电子,这些电子带有样品表面的信息,并具有特征能量,收集 这些电子并研究它们的能量分布,从而得到电子强度(电子数目)按其能量的分布曲线 它是近几十年在电子技术、弱信号探测技术和超高真空技术迅猛发展的基础上建立起来的 种研究表面的新颖分析技术。根据使用的激发源的不同,电子能谱又分为X射线光电子 能谱( X-Ray Photoelectron Spectroscopy,简称ⅪPS)、紫外光电子能谱( Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy,简称UPS)和俄歇电子能谱( Auger Electron Spectrometer, 简称AES) 自从60年代末第一台商品化的电子能谱仪问世以来,由于其分析的非破坏性和高表面 灵敏度,电子能谱法在化学研究,尤其是在结构分析和固体表面分析上得到了广泛应用。 目前,在材料科学、电子学、环境科学、表面科学、催化以及其他一些基础理论研究领域 中日益发挥着越来越重要的作用。本章将主要介绍常用的紫外光电子能谱(UPS)、X射线 光电子能谱(ⅩPS)和俄歇电子能谱(AES)。通过介绍,对电子能谱的基本原理、仪器 装置、谱图分析及它们的一些实际应用有一个概貌性的了解。 571电子能谱的基本原理 光电子能谱法是由瑞典 Uppsala大学西格伯(K. Siegbahn)等经十数年的努力建立起来 的,其依据的基本原理就是光电效应。当能量为hv的单色光打到样品上时,样品中的原子 将吸收其能量,从而使电子脱离原子成为自由电子逸出。在原子轨道中的电子只要其结合 能Eb(或电子的电离能)小于h就会被激发 成具有一定动能E的自由电子,即光电子。与 此同时,还能产生俄歇电子和荧光射线等。图光于(/。0 7.1.1是气体中的自由原子受激产生光电子的示 意图,该过程的能量关系可用以下关系式表示 (7.1.1) 入射光(hv) hv= Eh+Ek +e 式中h为入射光能量:E为光电子动能;E为 荧光X射线 饿歇电子 原子的始终态能量差,可以看成是发射的光电子 图7.1.1原子受激产生光 的结合能;E为原子的反冲能量,可按下式计 电子的示意图 算 E,=-(M-m)u (7.1.2第七章 电子能谱 电子能谱，就是用一定能量的电子束或光子与样品表面相互作用，使样品表面原子中 不同能级的电子激发成自由电子，这些电子带有样品表面的信息，并具有特征能量，收集 这些电子并研究它们的能量分布，从而得到电子强度（电子数目）按其能量的分布曲线。 它是近几十年在电子技术、弱信号探测技术和超高真空技术迅猛发展的基础上建立起来的 一种研究表面的新颖分析技术。根据使用的激发源的不同，电子能谱又分为 X 射线光电子 能谱（X-Ray Photoelectron Spectroscopy， 简称 XPS ）、紫外光电子能谱（Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy，简称 UPS ） 和俄歇电子能谱（Auger Electron Spectrometer， 简称 AES ）。 自从 60 年代末第一台商品化的电子能谱仪问世以来，由于其分析的非破坏性和高表面 灵敏度，电子能谱法在化学研究，尤其是在结构分析和固体表面分析上得到了广泛应用。 目前，在材料科学、电子学、环境科学、表面科学、催化以及其他一些基础理论研究领域 中日益发挥着越来越重要的作用。本章将主要介绍常用的紫外光电子能谱（ UPS ）、X 射线 光电子能谱（ XPS ）和俄歇电子能谱（ AES ）。通过介绍，对电子能谱的基本原理、仪器 装置、谱图分析及它们的一些实际应用有一个概貌性的了解。 §7.1 电子能谱的基本原理 光电子能谱法是由瑞典 Uppsala 大学西格伯（K.Siegbahn）等经十数年的努力建立起来 的，其依据的基本原理就是光电效应。当能量为 hv 的单色光打到样品上时，样品中的原子 将吸收其能量，从而使电子脱离原子成为自由电子逸出。在原子轨道中的电子只要其结合 能 Eb （或电子的电离能 I ）小于 hv 就会被激发 成具有一定动能 Ek 的自由电子，即光电子。与 此同时，还能产生俄歇电子和荧光 X 射线等。图 7.1.1 是气体中的自由原子受激产生光电子的示 意图，该过程的能量关系可用以下关系式表示： hv = Eb + Ek + Er (7.1.1) 式中 hv 为入射光能量； Ek 为光电子动能； Eb 为 原子的始终态能量差，可以看成是发射的光电子 的结合能； Er 为原子的反冲能量，可按下式计 算： E ( M m) r = − a 1 2 2  * （7.1.2） 图 7.1.1 原子受激产生光 电子的示意图