X射线光电子能谱(XpS)

　　在对许多材料的研究和应用中，了解其表面特性是很重要的。而要获得材料的表面特性，就需要一些特殊的仪器，对各种材料从成分和结构上进行表面表征。其中，X射线光电子能谱(xPS)由于其对材料表面化学特性的高度识别能力，成为材料表面分析的一种重要技术手段。X射线光电子能谱的基本原理(图1)是当一束特定能量的X射线辐照样品，在样品表面发生光电效应，就会产生与被测元素内层电子能级有关的具有特征能量的光电子，对这些光电子的能量分布进行分析，便得到光电子能谱图。xPS起始于发现光电效应之后不久，1914年Rutberford即成功地表述了XPS的基本方程:

式中，EK为光电子动能，hv为激发光能量，Ea是固体中的电子结合能，小为逸出功。

　　1954年，首次准确测定致，不久观测到了由于元素化学态不同造成的特征峰移动(化学位移)。由于XPS具有根据化学位移分析材料化学状态变化的能力，当时它被命名为ESCA(ElectronSpeetroseoPyforChemiealAnalysis)即化学分析电子谱。1967年第一本关于ESCA的全面的专著发表，并于1970年左右出现商品化仪器。至1980年代末期，xPS仪器性能显著提高，具有很高的灵敏度和能量分辨率，并开始具有空间分辨能力和成像功能。目前的成像XPS的空间分辨能力已可优于15微米。

　　xPS采用软x射线辐照样品，在样品表面发生光电效应，产生光电子，对光电子的能量进行分析，得到能谱图。一台x射线光电子能谱仪(”S谱仪)的基本构成为:真空系统、样品输运系统、x射线源、能量分析系统、检测器和计算机操作系统。为使光电子不被分析室中的残余气体分子散射，及样品表面不被残余气体分子吸附引起污染，X射线光电子能谱必须在超高真空条件(<10一，介厅)下工作。真空系统的大部分结构由无磁不锈钢制成，在分析室、能量分析器和透镜等关键部位，使用高磁透率的材料(如林洽金)制造外壳或部件。

　　用来自热灯丝并经电场加速的高能电子轰击阳极靶，便可产生X射线。满足X射线光电子能谱要求的靶主要是铝靶和镁靶。用15KeV的电子轰击铝靶，其产生的特征X射线的能量为1486.6eV(线宽0.85eV)，镁靶的特征x射线的能量为1253石ev(线宽0.7oev)。如果再使用石英晶体单色器，可将X射线单色化，消除韧致辐射、伴峰和寄生峰的影响，使特征X射线的线宽降低到03ev。电子能量分析器的作用是使不同能量的电子在不同的时间里通过能量分析器到达检测器，从而可以测出每一种能量电子的数量，得到光电子谱图，即一幅电子流强度相对动能的图。通常在X射线光电子能谱仪中使用的是同心半球分析器(CMA)，亦称为球扇形分析器。检测器一般使用多通道电子倍增器。