《X-射线光电子能谱在非金属材料研究中的应用》

1.电子能谱分析基础知识1

1.1概述1

1.2 原子中能级的划分2

1.3 电子发射过程3

1.4发射电子的能量5

1.4.1 X-射线光电子的能量5

1.4.2 俄歇电子的能量8

1.4.3 电致发射电子的能量11

1.5 PES和AES的分析深度11

1.6 电子能谱仪原理框图13

2.电子能谱仪15

2.1激发源16

2.1.1 X-射线源16

2.1.2 单色X-射线源17

2.1.3 电子枪18

2.1.4 离子枪19

2.2样品系统20

2.2.1 进样系统20

2.2.2 制样室21

2.2.3 分析室21

2.3 真空系统21

2.4电子能量分析器22

2.4.1 能量分辨率的要求22

2.4.2 筒镜分析器（CMA）22

2.4.3 半球型分析器（CHA）23

2.4.4 CHA的两种减速方式24

2.5 探测器26

2.6 数据系统26

参考文献26

3.X-射线光电子能谱谱图的解释及化学信息28

3.1XPS谱图的一般特点28

3.2XPS谱线的种类29

3.2.1 光电子线29

3.2.2 俄歇线30

3.2.3 X-射线卫星线31

3.2.4 鬼线32

3.2.5 携上线32

3.2.6 劈裂线（shake up line）34

3.2.7 能量损失线35

3.2.8 价电子线36

3.3化学位移及其规律37

3.3.1 氧化还原与化学位移37

3.3.2 极性键分子的电荷分布与化学位移38

3.3.3 形式电荷与原子的电负性41

3.3.4 基团位移判断法42

3.3.5 俄歇线的化学位移43

3.4X-射线光电子能谱在化学分析上的主要应用43

3.4.1 元素定性分析43

3.4.2 元素定量分析44

3.4.3 状态与结构分析46

参考文献54

4.X-射线光电子能谱实验技术及应用56

4.1能量刻度的标定56

4.1.1 谱仪能量刻度的标定56

4.1.2 谱图能量刻度的校正56

4.1.3 谱仪功函数的标定58

4.2ESCA分析技术58

4.2.1 谱线的定性标识58

4.2.2 谱线的定量处理60

4.2.3 谱线的化学状态和分子结构信息在材料分析中的应用66

4.3痕量元素分析技术84

4.3.1 电化学沉积法84

4.3.2 螯合玻璃表面法84

4.3.3 离子交换技术85

4.3.4 溶液蒸发法85

4.4元素分布分析85

4.4.1 元素的深度分布分析85

4.4.2 元素的相分布分析101

4.4.3 元素的表面分布分析104

4.5 X-射线光电子衍射分析（XPD）106

4.6 其它XPS分析111

4.7样品的制备112

4.7.1 安装112

4.7.2 清洁表面的制备115

4.7.3 有机聚合物的加热溶解115

4.8数据处理技术115

4.8.1 信噪比和信背比116

4.8.2 去噪音116

4.8.3 扣背底118

4.8.4 退卷积120

4.8.5 重叠谱的解叠与拟合124

4.9 俄歇能谱分析（AES/SAM/SEM）127

参考文献133

5.其他表面分析技术及综合应用136

5.1表面分析方法的分类136

5.2几种主要表面分析方法的基本原理和分析特点的比较140

5.2.1 能量分布分析法140

5.2.2 质量分布分析方法142

5.2.3 空间分布分析法143

5.2.4 其他表面分析方法144

5.3 材料表面分析的基本内容和相应的分析方法145

5.4表面分析方法在非金属材料研究中的综合应用145

5.4.1 表面分析在玻璃研究中的应用146

5.4.2 微电子封装用陶瓷基片的化学表征148

5.4.3 内层电子谱在研究超导材料的电子结构中的应用152

5.4.4 C3S早期水化的ESCA和SEM研究155

5.4.5 硫化物处理过的p-lnP半导体材料p-n型变的研究158

5.4.6 聚合物材料的表面表征165

5.4.7 铁电薄膜组分及组分分布的研究171

5.4.8 钢板与聚合物涂料粘结界面失效层表面分子取向的研究171

参考文献185

附录A元素的电负性189

附录B1MgKα（1254eV）激发时各元素的光电截面（以ClS的光电截面22200b为单位）190

附录B2AlKα（1487eV）激发时各元素的光电截面（以ClS的光电截面13600b为单位）196

附录C原子的弛豫能量（eV）202

附录D原子灵敏度因子（ASF）203

附录E1电子结合能标识元素表（以MgKα为激发源）205

附录E2电子结合能标识元素表（以AlKα为激发源）207

附录F表面分析用元素周期表209