XPS基本原理及特點

（1）固體表面的激發與檢測

X射線光電子能譜（XPS）：激發源為X射線，用X射線作用于樣品表面，產生光電子。通過分析光電子的能量分布得到光電子能譜。用于研究樣品表面組成和結構。又稱為化學分析光電子能譜法（ESCA）。

紫外光電子能譜（UPS）：激發源為紫外光，只能激發原子的價電子，用于量子化學研究。

俄歇電子能譜(AES)：激發源為電子束，用于表面成分的快速分析。

（2）電子的結合能與光電效應

費米能級：0K時固體能帶中電子占據的最高能級。

電子的結合能：原子中某個電子吸收了光子的能量后，躍遷至原子的費米能級所消耗的能量。

樣品的功函數φ ：處于費米能級的電子克服樣品晶格的引力離開樣品表面進入真空成為靜止電子所消耗的能量。

1-入射電子束或X射線； 2-光電子；3-俄歇電子

光電效應：樣品原子內的電子吸收入射光子，若入射光子的能量大于原子中電子的結合能與樣品的功函數之和，則吸收了光子的電子將離開樣品表面進入真空，且具有一定的動能，此即光電效應。如圖

X光電子：原子的內層電子吸收入射的X射線從而脫離原子成為自由電子，此即X光電子。

氣體樣品吸收X射線而產生X光電子時：

hν = Ek + Eb + Er

hν-入射光量子能量；Ek-光電子的動能；Eb-電子的結合能；Er-原子的反沖能量，Er =1/2(M-m)v2 。反沖能量很小，可忽略，因此，在光電子能譜圖上就可以將動能以結合能表示出來：

Eb = hν－ Ek

電子能譜測得的是光電子的動能Ek，光電子能譜圖（能譜曲線）上橫軸以結合能Eb表示。

對于固體樣品 ：

hν = Ek′+ Eb′+φ樣

φ樣-樣品的功函數。當固體樣品與儀器的金屬樣品架電接觸良好且電子遷移達平衡時，兩者的費米能級在同一水平 。但功函數不同，接觸電勢差△V=φ樣－φ儀使自由電子的動能由Ek′變為Ek″，則：

Ek′+φ樣 = Ek″+φ儀= hν－Eb′ 所以 Eb′= hν－Ek″－φ儀

φ儀一般為常數(約4eV)，Ek″由電子能譜測得，因此，可求出樣品的電子結合能Eb′。

不同元素的原子，其電子結合能Eb不同，電子結合能是特征性的。因此，我們可以根據電子的結合能對物質的元素種類進行定性分析。 （依據）

經X射線照射后，從樣品表面某原子出射的光電子的強度是與樣品中該原子的濃度有線性關系，因此，可以利用它進行元素的半定量分析。 （依據）

測量電子動能Ek，就得到對應每種原子的一系列譜峰強度~Eb的光電子能譜（由能譜中譜峰的位置和高度進行定性定量分析）。