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XPS测试样品准备及谱图处理

吴正龙吴正龙

北京师范大学分析测试中心

前言前言

电子能谱测量固体样品表面原样分析• 电子能谱测量固体样品表面，原样分析，不消解样品；

• 电子能谱制样简单，但并等于无需制样

• 样品准备是电子能谱实验重要的环节影• 样品准备是电子能谱实验重要的环节，影响谱图质量，甚至决定实验的成败

了解样品– 了解样品

– 了解仪器

需要定经验方法的积累– 需要一定经验方法的积累

– ……

前言前言

谱图处• 谱图处理

– 根据实验结果、实验目的进行根据实验结果实验目的进行

– 结合样品、仪器实验目的给出合理的谱图处理结果结果

– 需要了解基础理论和方法，了解样品和仪器

具有强大的谱图处理功能• Avtange具有强大的谱图处理功能

– ……

实验流程实验流程

实验• 实验– 硬件条件：仪器功能和结构

– 制样、装样、进样

– 实验方案制定

– 实验测量参数设置

– 实验操作

• 实验结果– 数据处理

– 优化实验

– 实验结果报告实告

电子能谱仪器功能和结构电子能谱仪器功能和结构

• 了解所用仪器的功能和结构，发挥仪器的功效

• 了解实验过程

能量分析器

电子中和系统

光电子传输光路

X‐ray 离子枪

电子中和系统光路

y 离子枪

样品停样品停放台

Video摄像进样舱门

样品台磁透镜（样品台下方）

ESCALAB 250Xi 电子能谱仪器

样品台（样品台下方）

光电子 e，信号电子

X‐ray hv

光电子 e，信号电子

中和电子e

刻蚀离子 iVideo摄像头

测试区域

样品

所有射线束光路要求共点、共焦于测试区域！

图一般XPS分析中光电子激发和光电子采集示意图

了解各部件的位置几何方位了解各部件的位置，几何方位

与样品制备有关部件与样品制备有关部件

样品台件• 样品台及配件

• 加热台、冷冻台、蒸发器、高压反应池加热台、冷冻台、蒸发器、高压反应池

• 断裂台、刮削器

• 手套箱

• 原位制样原位制样

• ……

样品制备方法标准样品制备方法标准

• ASTM– Surf. & Interf. Anal. 1991, 17(13), 965‐971, ( ),– ……

ISO及GB/T• ISO及GB/T

样品台结构样品台结构

行程范围和倾角范围• X，Y，Z行程范围和倾角（θ）范围

– X：50mm，Y：20mm，Z：12mm /1um，， /– θ：－90deg～60deg，分辨1deg

样品大小• 样品大小：

– 高度： <=2（大台子）， <=3mm（小台子）

– X，Y– 倾角: θ <60deg

X‐ray

倾角: θ <60degθ

一般XPS实验过程般XPS实验过程

保持分析室超高真空气压1. 保持分析室超高真空，气压P<=1e‐7 Pa2 通过Video摄像装置选择样品上分析位置2. 通过Video摄像装置选择样品上分析位置

3. X射线激发样品分析位置，收集光电子

4. 同时电子中和系统喷射慢电子中和分析位置剩余电荷置剩余电荷

5. 如果需要，打开氩离子枪原位刻蚀样品

注意如果项不能对中分析位置谱图• 注意：如果2‐4项不能对中分析位置，谱图可能出现异常，不能给出正确结果

XPS样品要求XPS样品要求

分析固体样品表面• XPS分析固体样品表面

• 样品表面平整、干净样品表面平整、干净

• 样品放气气压低

• 不受污染、不分解退变

• 便于安装固定在仪器中便于安装固定在仪器中

• 控制样品荷电

• ……

样品表面污染样品表面污染

• 样品存放在环境中不可避免地存在表面污染；

• 环境气氛污染元素一般：

C O N Cl S Si C 等– C、O、Na、Cl、S、Si、Ca等

• 例如：在空气存放的ZnO样品表面

氧化锌薄膜：长久暴露在空气中表面被污染

6.00E+05Survey

4.00E+06Survey

氧化锌薄膜：长久暴露在空气中表面被污染

4.00E+05

5.00E+05

/ s

3.00E+06

s / s

C1sZn2pZn2p

2.00E+05

3.00E+05

Cou

nts

1.00E+06

2.00E+06

Cou

nts

C1

0.00E+00

1.00E+05

020040060080010001200

Binding Energy (eV)

0.00E+00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

C1s

Binding Energy (eV)

放置约半年新制备放置约半年新制备


样品表面污染不可避免样品在真空中污染慢程度小• 样品表面污染不可避免，样品在真空中污染慢、程度小；• 为减少污染，样品制备后应尽早送入样品真空室测试• 清洁样品表面方法清洁样品表面方法

– 干氮气吹；– 有机溶剂（酒精）、水等直接物理清洗，用干氮气吹干；

离刻蚀清洁– 离子（Ar+）刻蚀清洁；– 机械清洁，刮削、打磨、断裂等；– 预抽、加热脱附等；预抽、加热脱附等；– 化学清洁；– ……


• 样品表面污染不仅降低原始信号的强度，还出现污染物的干扰峰和背景的提升

信号电子逃逸深度与表面分析信号电子逃逸深度与表面分析

XPS属于表面分析分析深度取决于信号电子• XPS属于表面分析，分析深度取决于信号电子逃逸深度，取决于电子在固体中散射平均自由程λ，其典型分析深度 3 λ＝6nm。程λ，其典型分析深度 3 λ 6nm。

• 覆盖层厚度t对信号电子强度的影响

如果样品表面存在t＝2nm污染覆盖层，则信号衰减倍这里取Im衰减(Im/I)＝exp(2/2)=2.7 倍，这里取λtm＝

2nm。

覆盖层以下的信号电子进入探测器前在覆盖• 覆盖层以下的信号电子进入探测器前，在覆盖层中散射，导致背景抬起。

5.00E+05

Survey1 Scan, 500µm, CAE 100.0, 0.50 eV

8400

B1s Scan10 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.10 eV

B1s4.00E+04

Fe2p Scan5 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

原始样表面

背景

2.00E+05

3.00E+05

4.00E+05

Cou

nts

/ s

7600

7800

8000

8200

Cou

nts

/ s

2.00E+04

3.00E+04

Cou

nts

/ s

C1s

背景B氧化物

Fe氧化物

O1s

0.00E+00

1.00E+05

020040060080010001200

Binding Energy (eV)

7000

7200

7400

182184186188190192194196198200202

Binding Energy (eV)

0.00E+00

1.00E+04

700710720730740

Binding Energy (eV)

C1s Fe氧化物

Binding Energy (eV)Etch Time = 0 s, Etch Level = 0



1.00E+06


1.30E+04

B1s Scan10 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.10 eV

B1s2.50E+05


经过Ar+刻蚀45s后

4 00E+05

6.00E+05

8.00E+05

Cou

nts

/ s

1.00E+04

1.10E+04

1.20E+04

Cou

nts

/ s

1 00E+05

1.50E+05

2.00E+05

Cou

nts

/ s

0.00E+00

2.00E+05

4.00E+05

020040060080010001200

C

7.00E+03

8.00E+03

9.00E+03

182184186188190192194196198200202

C

0.00E+00

5.00E+04

1.00E+05

700710720730740

C

Binding Energy (eV)Etch Time = 45.002 s, Etch Level = 1



有污染金属(Ni)表面打开中和枪前后的XPS 经Ar＋清洁后打开中和枪前后的XPS

6.00E+04

7.00E+04

Compare-7 bf ar1 Scan, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

2.20E+04

2.40E+04

Compare-8 af ar1 Scan, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

3.00E+04

4.00E+04

5.00E+04

Cou

nts

/ s

1.60E+04

1.80E+04

2.00E+04

Cou

nts

/ s

0 00E+00

1.00E+04

2.00E+04

C

8 00E+03

1.00E+04

1.20E+04

1.40E+04C

0.00E+00276278280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

8.00E+03276278280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

表面污染不同程度地影响样品表面荷电，深度剖析时常出现。

5 00E+05

Compare-21 Scan, 500µm, CAE 100.0, 1.00 eV

1.00E+05

Compare-2- Difference spectrum1 Scan, 500µm, CAE 100.0, 1.00 eV

样品表面受污染, C1s 285增加,其它峰减小.

4.00E+05

5.00E+05s 0 00E+00

5.00E+04

s

2.00E+05

3.00E+05

Cou

nts

/ s

1 00E+05

-5.00E+04

0.00E+00

Cou

nts

/

0.00E+00

1.00E+05

020040060080010001200

Bi di E ( V)

-1.00E+05

020040060080010001200

Binding Energy (eV)Binding Energy (eV) Binding Energy (eV)

5.00E+05


O1s1.40E+05

1.60E+05

1.80E+05


4.00E+05


3.00E+05

4.00E+05

nts

/ s

Na1s4.00E+04

6.00E+04

8.00E+04

1.00E+05

1.20E+05

Cou

nts

/ s

1.00E+05

2.00E+05

3.00E+05

Cou

nts

/ s

1.00E+05

2.00E+05Cou

nC1s

Si2p

Ce3d5

F1s ???

Ca2p ???N1s ???

260270280290300310320

Binding Energy (eV)480490500510520530540550560

Binding Energy (eV)

0.00E+00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

比较样品放置时间长（绿）与短（红）XPS谱比较

减少样品表面污染减少样品表面污染

减少污损样品方法• 减少污损样品方法

– 注意保存样品，尽量存放时间短、环境干净、妥善保存；

– 沉积Ta、Pt等盖帽层，防止表面氧化污染；

– 实验中尽量少用或不用胶带，而使用卡子或螺丝簧片安装样品，减少样品在真空中的污染；

– 对于已经出现的污染，采用适当清洁方法：如刮削、打磨、水或有机溶剂清洗；可用温和Ar+离子轻轻打磨水或有机溶剂清洗用离子轻轻刻蚀样品表面，如有条件可以采用团簇离子枪；

– 样品受污染后能用Ar＋刻蚀？粉末样品能Ar＋刻蚀？样品受污染后能用刻蚀粉末样品能刻蚀

5.00E+05


Zn2p3 ???

3.00E+05

4.00E+05

unts

/ s

C1s

O1s

Ni2p3 ???

1.00E+05

2.00E+05Cou

Cr2p

N1sCl2p ???

0.00E+00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

Ar＋清洁样品NiCr合金表面，刻蚀60s

1.40E+06

1.60E+06


Ni2p

8.00E+05

1.00E+06

1.20E+06

Cou

nts

/ s

Na1s ???

0 00E 00

2.00E+05

4.00E+05

6.00E+05C

Cr2p

C1sO1s Ar2pN1s

0.00E+00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

4.00E+04

C1s Scan3 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

C1s 1.00E+05

O1s Scan3 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

6.00E+04


2.00E+04

3.00E+04

ount

s / s 6.00E+04

8.00E+04

(Res

idua

ls ×

5)

O1s Scan AO1s Scan BO1s Scan C 4.00E+04

5.00E+04

ount

s / s

0.00E+00

1.00E+04

276278280282284286288290292294296298

Co

C1s x

0.00E+00

2.00E+04

4.00E+04

524526528530532534536538540542544

Cou

nts

/ s

1.00E+04

2.00E+04

3.00E+04

700710720730740

Co

276278280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

524526528530532534536538540542544

Binding Energy (eV)

700710720730740

Binding Energy (eV)

含Fe样品表面Ar离子清洁前后，XPS对比

1.10E+04


5.00E+04


2.00E+05


9.00E+03

1.00E+04

Cou

nts

/ s

2.00E+04

3.00E+04

4.00E+04

Cou

nts

/ s

1.00E+05

1.50E+05

Cou

nts

/ s

7.00E+03

8.00E+03

276278280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

0.00E+00

1.00E+04

524526528530532534536538540542544

Binding Energy (eV)

0.00E+00

5.00E+04

700710720730740

Binding Energy (eV)g gy ( ) g gy ( ) g gy ( )

1.20E+05

Ti2p 02 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Ti2p但是对于TiO2，Ar离子刻蚀诱导还原反应发生。不是所有的样品

8.00E+04

1.00E+05

s / s

原始样

还原反应发生。不是所有的样品均可以随意进行Ar＋清洁刻蚀。

2.00E+04

4.00E+04

6.00E+04

Cou

nts

0.00E+00450460470

Binding Energy (eV)Ti2p ar30

8.00E+04

1.00E+05

p2 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Ti2p Ar+刻蚀30s后

4.00E+04

6.00E+04

Cou

nts

/ s

出现明显的Ar+损伤, Ti被部分还原

0.00E+00

2.00E+04

450460470

Binding Energy (eV)

Ar+刻蚀前后对比，刻蚀条件1keV, 50uAcm‐2, 30s

Ar+刻蚀TiO 诱导损伤Ar+刻蚀TiO2诱导损伤

Ar0kV Ar1kV Ar3kV

Ti2p

) ◎ Ti2p谱峰展宽。能量越高对的损伤越大＋还原反应

I (cp

s) ◎能量越高对TiO2的损伤越大，即Ti4＋还原反应。◎建议慎用Ar＋刻蚀TiO2；均衡考虑污染和损伤，即使采用，应采用低能Ar＋，并控制好剂量。

475 470 465 460 455 450

BE (eV)其它条件相同：Ar＋刻蚀60s；～50uA/cm2

( )

4.00E+04


C1s 1.20E+05

1.40E+05


O1s

1.00E+05

1.20E+05

Mn2p Scan2 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Mn2p

1 00E+04

2.00E+04

3.00E+04

Cou

nts

/ s

4.00E+04

6.00E+04

8.00E+04

1.00E+05

Cou

nts

/ s

4.00E+04

6.00E+04

8.00E+04

Cou

nts

/ s

0.00E+00

1.00E+04

276278280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

0.00E+00

2.00E+04

524526528530532534536538540542544

Binding Energy (eV)

0.00E+00

2.00E+04

640650660

Binding Energy (eV)

Mn3O4粉末样品，采用温和条件 500eV， 50uAcm‐2, 30sC信号减小

对样品损伤诱导反应可忽略！

1.60E+04


1.60E+05


1.40E+05

Mn2p Scan2 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

对样品损伤、诱导反应可忽略！

1.00E+04

1.20E+04

1.40E+04

Cou

nts

/ s

8.00E+04

1.00E+05

1.20E+05

1.40E+05

Cou

nts

/ s

6.00E+04

8.00E+04

1.00E+05

1.20E+05

Cou

nts

/ s

4.00E+03

6.00E+03

8.00E+03

276278280282284286288290292294296298

C

0.00E+00

2.00E+04

4.00E+04

6.00E+04

524526528530532534536538540542544

C

0.00E+00

2.00E+04

4.00E+04

6.00E 04

640650660

C

Binding Energy (eV) Binding Energy (eV) Binding Energy (eV)

图粉末Mn3O4在温和条件Ar+刻蚀前后的XPS结果对比

样品准备样品准备

样品准备是分析中的重要节必须结• 样品准备是XPS分析中的重要环节，必须结

合结合实验目的、实验条件等，有很强的合结合实验目的实验条件等有很强的技巧性，需要经验积累。

本报告主要涉及已有样品在分析前的准备• 本报告主要涉及已有样品在分析前的准备，不涉及样品的加工、生长等


几乎能分析所有固体样品且现代• XPS几乎能分析所有固体样品，且现代XPS仪器样品的用量很小。但是要得到理想的

结果还需要掌握必要的制样技术认XPS结果，还需要掌握必要的制样技术，认真制样。

• 根据样品的特性和分析目的合适制备样品。需遵循：不损伤仪器（如污染真空）；不需遵循：不损伤仪器（如污染真空）；不损毁样品待测信息；引入杂质不影响分析结果；降低分析中荷电效应等对谱峰的影结果；降低分析中荷电效应等对谱峰的影响；


• 一般制样要求，表面干净、平整、不含挥发性物质

– 片状样

粉体样– 粉体样

– 纤维细丝（网）样品

– 液体、离子液体、膏状、明胶样品

– 避免基底干扰峰


粉体制样• 粉体制样

– 压片压片

– 粘到双面胶带上

分散到水火挥发性有机溶剂中形成悬浊液滴– 分散到水火挥发性有机溶剂中，形成悬浊液滴到硅片等固体基片、金属箔或滤膜、海绵等基底上底上

粉末颗粒细样品表面平整粉末颗粒细、样品表面平整

颗粒细般小均匀• 颗粒细（一般小于0.2mm）且均匀

• 尽量选用平整测试区域尽量选用平整测试区域

8.00E+05

1.00E+06


Zn2p3

Cu2p35 00E+05

6.00E+05

7.00E+05

8.00E+05


2.00E+05

4.00E+05

6.00E+05

Cou

nts

/ s

O1s

C1s

F1s

Cl2p ??? 1.00E+05

2.00E+05

3.00E+05

4.00E+05

5.00E+05

Cou

nts

/ s

0.00E+00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

1.40E+05

Cu2p Scan5 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Cu2p

0.00E+00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

9.00E+04

Cu2p Scan5 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

压片粘在双面胶带上

1.00E+05

1.20E+05

ount

s / s

p

7.00E+04

8.00E+04

ount

s / s

4.00E+04

6.00E+04

8.00E+04

930940950960970

Co

4.00E+04

5.00E+04

6.00E+04

930940950960970

Co

Binding Energy (eV)

1 10E 05

1.11E+05

Na1s Scan5 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Na1s

930940950960970

Binding Energy (eV)

8.60E+04

Na1s Scan5 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

两种制样比较：粉末样品压片与

1.08E+05

1.09E+05

1.10E+05

Cou

nts

/ s

8 30E+04

8.40E+04

8.50E+04

Cou

nts

/ s

粉末样品压片与粘在双面胶带上。强度和信噪比明显改善

1.07E+0510641066106810701072107410761078

Binding Energy (eV)

8.20E+04

8.30E+04

10641066106810701072107410761078

Binding Energy (eV)

4.00E+05


7000


3.00E+05

/ s 4000

5000

6000

/ s

磷酸铁锂粉末

1.00E+05

2.00E+05

Cou

nts

2000

3000

4000

Cou

nts

压片

衬底碳

0.00E+00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

0

1000

44464850525456586062646668

Binding Energy (eV)

胶带粘致密胶带粘疏松

1.20E+05


4.00E+04


6.00E+04

8.00E+04

1.00E+05

nts

/ s

2.00E+04

3.00E+04nt

s / s

2.00E+04

4.00E+04

6.00E 04

Cou

n

1.00E+04

2.00E 04

Cou

n

0.00E+00524526528530532534536538540542544

Binding Energy (eV)

0.00E+00700710720730740

Binding Energy (eV)

2.50E+04


玻璃表面聚焦失焦对采集信号的影响

1.50E+04

2.00E+04/ s

Si2p

5.00E+03

1.00E+04Cou

nts

焦面上样品信号

0.00E+009698100102104106108110

Binding Energy (eV)

过焦300um

4 50E+04

5.00E+04


4 00E+04

5.00E+04


3 50E+04

4.00E+04

4.50E+04

Cou

nts

/ s

同理，样品表面粗糙影响信号强度，谱图失真2 00E+04

3.00E+04

4.00E+04

Cou

nts

/ s

C1s

欠600um

失焦导致信号弱，失真！

2 50E 04

3.00E+04

3.50E+04C 信号强度，谱图失真

0 00E 00

1.00E+04

2.00E+04C

欠300um2.50E+04

276278280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

0.00E+00276278280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)正焦


纤维细丝样品• 纤维细丝（网）样品

– 缠绕或压在架子或回形针上，或样品台的孔中缠绕或压在架子或回形针上，或样品台的孔中央，分析区域内纤维丝悬空，避免基底元素干扰分析结果；扰分析结果；

– 包裹在有孔的铝箔中，用小束斑XPS分析孔内样品；品；

分析区

小束斑XPS分析孔内的玻璃纤维丝Survey

1 Scan, 500µm, CAE 100.0, 1.00 eV

1 50E+05

2.00E+05

2.50E+05

s

, µ , ,

O1s

5.00E+04

1.00E+05

1.50E+05

Cou

nts

/

C1s

Si2p

F1s

Ca2p

Na1s ???

N1s

0.00E+00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

8000

10000

s

Si2p Scan3 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Si2p

5000

5200

N1s Scan10 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

N1s

8000

9000

10000

Ca2p Scan3 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

1.20E+04

1.30E+04

s

F1s Scan3 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

0

2000

4000

6000

9698100102104106108110

Cou

nts

/ s

4000

4200

4400

4600

4800

Cou

nts

/ s

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Cou

nts

/ s9.00E+03

1.00E+04

1.10E+04

680682684686688690692694696698

Cou

nts

/ s

9698100102104106108110


Binding Energy (eV)

2000342344346348350352354356358360

Binding Energy (eV)

680682684686688690692694696698

Binding Energy (eV)

1.50E+04

2.00E+04

/ s


C1s

3.00E+04

4.00E+04

5.00E+04

nts

/ s


O1s

0.00E+00

5.00E+03

1.00E+04

276278280282284286288290292294296298

Cou

nts

/

Binding Energy (eV)

0.00E+00

1.00E+04

2.00E+04

524526528530532534536538540542544

Cou

n

Binding Energy (eV)


• （悬浊）液体、离子液体、膏状、明胶样品制样

– 滴到Si片、聚乙烯/聚丙烯、金属片、滤膜、树

脂、海绵等固体基片上晾干或冷冻干燥后上机脂、海绵等固体基片上晾干或冷冻干燥后上机测试

注意基底干扰预测空白正确选择基底– 注意基底干扰，预测空白，正确选择基底

2.50E+05


O1s 比较基片在负载样品前后的

1.50E+05

2.00E+05nt

s / s C1s

Na1s

片负载样后XPS峰，注意存在等离激元峰

5.00E+04

1.00E+05Cou

n

Si2pCl2p

Na1s

N1s

Pt4f

Fe2p ???Mn2p ???Pt4d

0.00E+00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

Survey

1 20E+05

1.40E+05


C1sSi片基底，在Si2p和Si2s高结合能方向上出现一系列的等离激元

6 00E+04

8.00E+04

1.00E+05

1.20E+05

Cou

nts

/ s

Si2pCl2pN1s Pt4d

损失峰，应充分估计这些峰对负载样品的干扰。同样Al箔也有类似的损失峰。

0 00E+00

2.00E+04

4.00E+04

6.00E+04

Pt4f

0.00E 000100200300400

Binding Energy (eV)

样品准备：悬浊液浸入海绵样品准备：悬浊液浸入海绵

案例测量某废液中等素• 案例：测量某废液中Fe等元素；

• 制样方法：用液体样品浸泡海绵，晾干后制样方法：用液体样品浸泡海绵，晾干后直接XPS测试

4.00E+04

Compare-41 Scan, CAE 30.0, 0.05 eV

8.00E+05


2＃浸过的海绵

2 00E+04

3.00E+04

nts

/ s5.00E+05

6.00E+05

7.00E+05

s / s

2＃浸过的海绵

1.00E+04

2.00E+04

Cou

n

1 00E+05

2.00E+05

3.00E+05

4.00E+05

Cou

nt

1＃海绵

0.00E+00276278280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

Compare 5 Compare 6

0.00E+00

1.00E+05

020040060080010001200

Binding Energy (eV)

4.00E+04

5.00E+04


4 00E+04

5.00E+04


2.00E+04

3.00E+04

Cou

nts

/ s

3.00E+04

4.00E+04

Cou

nts

/ s

0 00E+00

1.00E+04

1 00E+04

2.00E+04

0.00E 00524526528530532534536538540542544

Binding Energy (eV)

1.00E 04700710720730740

Binding Energy (eV)


小束斑常规分析的样品• 小束斑Mono XPS（常规分析）的样品

– 片样、小颗粒样品等直接粘在胶带上；片样小颗粒样品等直接粘在胶带；

– 粉末压片。要求表面平整，否则出现谱峰的荷电加宽、崎变；电加宽、崎变；

– 纤维细丝样品如前所述

– ……– 如果样品制备合适，荷电位移小, ~0.X eV

5000


1200


3000

4000nt

s / s 1000

1100

nts

/ s

1000

2000Cou

n

800

900Cou

n

0276278280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

700390392394396398400402404406408410412

Binding Energy (eV)颗粒太粗，压片后表面粗糙度过大，信号弱(C1s~103计数率)荷电位移有到达过中和

5000

6000


1700

1800


荷电位移＋1.2eV,没有到达过中和.

3000

4000

Cou

nts

/ s

1500

1600

1700

Cou

nts

/ s

0

1000

2000

C

1300

1400

1500C

0524526528530532534536538540542544

Binding Energy (eV)

1300700710720730740

Binding Energy (eV)

2.50E+04


C1s

5800

6000


N1s

1.50E+04

2.00E+04nt

s / s

5200

5400

5600

5800

nts

/ s

T30eV

5.00E+03

1.00E+04Cou

n

4600

4800

5000

5200

Cou

n

0.00E+00276278280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

4400390392394396398400402404406408410412

Binding Energy (eV)

样品颗粒细压片均匀厚度合适谱峰窄且计数率高

4.00E+04


C1s 1.02E+04


N1s

样品颗粒细，压片均匀、厚度合适，谱峰窄且计数率高

2.00E+04

3.00E+04

nts

/ s

9.60E+03

9.80E+03

1.00E+04

nts

/ s

T40.05eV

1.00E+04

2.00E 04

Cou

n

9.20E+03

9.40E+03

9.60E 03C

oun

0.00E+00276278280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

9.00E+03390392394396398400402404406408410412

Binding Energy (eV)

5 00E 04

6.00E+04


C1s 7400


N1s

3.00E+04

4.00E+04

5.00E+04un

ts /

s 7000

7200

unts

/ s

T10.2eV

1.00E+04

2.00E+04

Cou

6600

6800Cou

0.00E+00276278280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

6400390392394396398400402404406408410412

Binding Energy (eV)

样品颗粒细，压片均匀、厚度合适，谱峰窄且计数率高

5.00E+04

6.00E+04


C1s1.18E+04

1.20E+04


N1sT2

3.00E+04

4.00E+04

Cou

nts

/ s

1.12E+04

1.14E+04

1.16E+04

Cou

nts

/ s

T20.1eV

0 00E 00

1.00E+04

2.00E+04

C

1 06E 04

1.08E+04

1.10E+04

1.12E 04C

0.00E+00276278280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

1.06E+04390392394396398400402404406408410412

Binding Energy (eV)


小束斑极非单色化常规分析• 小束斑双阳极（非单色化） XPS（常规分析）的样品

– 双阳极易荷电中和，表面粗糙度要求低于Mono XPS；XPS；

– 安装样品时，注意增大样品间的间隔，实际X射线照射面积较大以防X射线损伤周围的样品线照射面积较大，以防X射线损伤周围的样品

– 根据分析区域大小，选择合适的电子光学透镜参数而小束斑单色化XPS分析区域大小取决于参数，而小束斑单色化XPS分析区域大小取决于X射线束斑（微聚焦X‐ray）；


大束斑极非单色化常规分析• 大束斑双阳极（非单色化）XPS（常规分析）的样品

– 双阳极易荷电中和，表面粗糙度要求低于Mono XPS；XPS；

– 安装样品时，注意增大样品间的间隔，实际X射线照射面积较大以防X射线损伤周围的样品线照射面积较大，以防X射线损伤周围的样品

– 要求样品耐X射线辐照，尺寸～10mm，应该选

用合适的电子光学透镜参数得到最佳高灵敏用合适的电子光学透镜参数，得到最佳高灵敏信号，一般高于Mono XPS；

样品制备Survey

1 Scan, 650µm, CAE 100.0, 1.00 eV2600

Cr2p Scan10 Scans, 650µm, CAE 30.0, 0.10 eV

案例：双阳极XPS可增加灵敏度。测量铁基材料中测量低含量Cr等元素

样品制备4.00E+04

5.00E+04

6.00E+04

/ s

2500

2600

s / s

单色XPS，分析面积0.65mm标准静电模式

1.00E+04

2.00E+04

3.00E+04

Cou

nts

2400

Cou

nts 标准静电模式

0.00E+00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

2300570572574576578580582584586588590592594

Binding Energy (eV)

8.00E+05

Survey1 Scan, CAE 100.0, 1.00 eV

Mg1s ??? 2.25E+04

Cr2p Scan10 Scans, CAE 30.0, 0.10 eV

4 00E+05

5.00E+05

6.00E+05

7.00E+05

nts

/ s

O1sFe2p

Na1s ???

2.15E+04

2.20E+04es

idua

ls ×

0.5

)

Cr2p3 Scan A

Cr2p1 Scan A

双阳极 AlKa XPS静电模式标准静电约1mm提高计数率10倍

1.00E+05

2.00E+05

3.00E+05

4.00E+05

Cou

n

C1s

Fe2p

N1sS2p ???Se3d ???

2.05E+04

2.10E+04

Cou

nts

/ s (

Re 提高计数率10倍

如采用Large area模式可得更高强度

0.00E+00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

2.00E+04568570572574576578580582584586588590592

Binding Energy (eV)


测量价态谱样品• XPS测量价态谱样品

– 样品表面没有荷电积累样品表面没有荷电积累

– 样品一般需加负偏压，增加电子发射、防止样品费米边价带谱失真品费米边价带谱失真

– 说明：

样品表面无荷电积累并不意味着样品材料定为非• 样品表面无荷电积累并不意味着样品材料一定为非绝缘材料：1）小体积、薄样品；2）入射电子数等于发射电子数于发射电子数


溅射样品度剖析• 溅射样品（深度剖析）

– 样品均匀、表面平整样品均匀表面平整

– 要求样品尺寸较大，一般大于Ar＋溅射面积2倍以上，如5mm。为了XPS分析中心位于Ar＋有效以上，如5mm。为了XPS分析中心位于Ar 有效溅射区域内，一般刻蚀面积3～5倍于分析面积

控制样品荷电因为荷电也会影响刻蚀位置和– 控制样品荷电，因为荷电也会影响刻蚀位置和速率


磁性（含软磁）材料样品• 磁性（含软磁）材料样品– 退磁/消磁；

– 采用磁透镜模式测量：应该尽量减少样品尺寸，以降低磁场对发射电子的干扰，这也表现了小束斑XPS的优越性XPS的优越性；

– 采用静电透镜模式（不使用电磁透镜）：当磁性较强无法减小样品尺寸使用标准模式透镜无法获强，无法减小样品尺寸，使用标准模式透镜无法获得正确谱时，采用静电透镜模式，装样时远离其它样品，最好单独安装在样品台上；

– 注意：一般在静电模式下，信号强度、分辨率、荷电中和效果均不及标准模式


绝缘基底上导电薄膜样品或厚样品• 绝缘基底上导电薄膜样品或厚样品

– 用导电胶带或导电细丝缠绕表面，或者用铜网、用导电胶带或导电细丝缠绕表面，或者用铜网、带孔的铝箔包裹样品，尽量减少或消除测试表面荷电。面荷电


角分辨XPS（ARXPS）样品• 角分辨XPS（ARXPS）样品– 适用于形状规整的片状或块状大样品（一般>5mm）；>5mm）；

– 成分均匀、表面平整；

– 安装样品尽量安装在样品台中心（转抽）附近，保安装样品尽量安装在样品台中心（转抽）附近，保证在转角整个过程中，XYZ等在允许的范围内；

– 说明：• 如果样品表面粗糙，出现阴影、角度不准、荷电不均等现象，影响I(θ,Eb)谱；

• 不采用磁透镜；• 实验中当θ渐渐增大时，实际涉及样品探测面积增大1/cos( θ)倍。（θ为光电子在样品上的出射角）


• 实验结束后，应退出样品，长时间存放在仪器真空室内，可能污染真空。

谱图处理谱图处理

荷电校准• 荷电校准• 谱峰识别（指认）• 分峰/价态分析分峰/价态分析• 能量去卷积• 平滑/去噪声/去声• 定量分析• 深度剖析结果处理

角分辨结• 角分辨结果处理• 价带谱结果处理

结果报告• 结果报告• ……

荷电校准荷电校准

分析中样品表面导电差或虽导电但• XPS分析中，样品表面导电差，或虽导电但未有效接地。此时，当X射线不断照射样品时样品表面发射光电表面电时，样品表面发射光电子，表面亏电子，出现正电荷积累（XPS中荷正电），从而影响谱峰影响分析响XPS谱峰，影响XPS分析；

• 样品荷电控制方法样品荷电控制方法– 测试前：导电处理、接地；清洁样品；减薄（小）样品等；样品平整均匀以保证荷电均匀，（小）样品等；样品平整均匀以保证荷电均匀，

– 测试中：荷电中和

7000

Compare-81 Scan, 7 m 41.0 s, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

7000

Compare-91 Scan, 7 m 41.0 s, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

4000

5000

6000

nts

/ s 4000

5000

6000

nts

/ s

1000

2000

3000Cou

n

1000

2000

3000Cou

n

0276278280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

0524526528530532534536538540542544

Binding Energy (eV)

表面存在较均匀荷电导致谱峰整体刚性移动可以校正到正确的位置表面存在较均匀荷电，导致谱峰整体刚性移动。可以校正到正确的位置。

7000

Compare-3 C1s ele vs std1 Scan, 7 m 41.0 s, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

7000

Compare-4 O1s ele vs std1 Scan, 7 m 41.0 s, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

4000

5000

6000

nts

/ s 4000

5000

6000

nts

/ s

1000

2000

3000Cou

1000

2000

3000Cou

0276278280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

0524526528530532534536538540542544

Binding Energy (eV)

6.00E+04

Compare-3 C1s1 Scan, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

3800

4000

Compare-4 Si2p1 Scan, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

3 00E+04

4.00E+04

5.00E+04nt

s / s 3400

3600

3800

nts

/ s

1.00E+04

2.00E+04

3.00E+04

Cou

n

2800

3000

3200Cou

n

0.00E+00276278280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

26009698100102104106108110

Binding Energy (eV)

荷电校准到正确的峰位，但峰形无法校正

2.10E+04

2.20E+04

Compare-5 CuLMM1 Scan, CAE 30.0, 0.05 eV

4 50E+04

5.00E+04

Compare-6 Cu2p1 Scan, CAE 30.0, 0.05 eV

荷电校准到正确的峰位，但峰形无法校正

1.80E+04

1.90E+04

2.00E+04

Cou

nts

/ s

3 50E+04

4.00E+04

4.50E+04

Cou

nts

/ s

1 40E+04

1.50E+04

1.60E+04

1.70E+04C

2 50E+04

3.00E+04

3.50E+04C

1.40E+04906 908 910 912 914 916 918 920 922 924 926 928 930

Kinetic Energy (eV)

2.50E+04930940950960970

Binding Energy (eV)

3.00E+04

C1s spg Twn ELE3 Scans, 1 m 54.3 s, CAE 30.0, 0.05 eV

2.50E+04

C1s spg Mono Std3 Scans, 1 m 54.3 s, CAE 30.0, 0.05 eV

荷电不均改善荷电不均

2.00E+04

Cou

nts

/ s

1.50E+04

2.00E+04

Cou

nts

/ s （a）

荷电不均改善荷电不均

1.00E+04

C

5.00E+03

1.00E+04C

0.00E+00279280281282283284285286287288289290291292293294295296297298

Binding Energy (eV)

0.00E+00279280281282283284285286287288289290291292293294295296297298

Binding Energy (eV)

2 40E+04

C1s pkp twn Ele3 Scans, 1 m 54.3 s, CAE 30.0, 0.05 eV

5 00E+04

C1s pkp Mono std3 Scans, 1 m 54.3 s, CAE 30.0, 0.05 eV

1.80E+04

2.00E+04

2.20E+04

2.40E+04

4.00E+04

5.00E+04

改善荷电不均荷电不均

1.00E+04

1.20E+04

1.40E+04

1.60E+04

Cou

nts

/ s

2.00E+04

3.00E+04

Cou

nts

/ s （b）

2 00E 03

4.00E+03

6.00E+03

8.00E+03

0 00E 00

1.00E+04

2.00E+03279280281282283284285286287288289290291292293294295296297298

Binding Energy (eV)

0.00E+00279280281282283284285286287288289290291292293294295296297298

Binding Energy (eV)

荷电校准方法荷电校准方法

对测试后经出的荷电应该采• 对于XPS测试后，已经出现的荷电，应该采用合适的方法校准：

– 内标方法

外标方法– 外标方法

荷电控制与校准荷电控制与校准

污染校准最方便被广为采用但是• 污染C1s校准，最方便，被广为采用，但是污染C来源复杂未知，一般认为284.8eV，也有有284.6eV, 285eV。

• 准确性？准确性

• 标准样品台上Ag、Au、Cu经过Ar＋刻蚀后，污染C小于Ag/Au/Cu主峰的2％随着时间污染C小于Ag/Au/Cu主峰的2％。随着时间的推移，这些金属表面在真空中又逐渐沉积污染C 测量污染C1s峰研究它们峰位积污染C，测量污染C1s峰，研究它们峰位变化。

荷电控制和中和问题12

14

16Overlay_02

12

14

16Overlay_02

12

14

16Overlay_03

‐0.01

0

0 1 2 3 4 5 6 7

Ag‐368.27, Au‐84.00, Cu‐932.66

荷电控制和中和问题

和表面污染峰位变化4

6

8

10 Overlay_02 A

4

6

8

10

Overlay_02 A

4

6

8

10

12

Overlay_03 A

‐0 05

‐0.04

‐0.03

‐0.02d /eV Ag3d disv(eV)

A4f disv(eV)

• Ag、Ag和Cu表面污染C1s峰位变化0

2

280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

0

2

4

280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

0

2

4

280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)‐0.08

‐0.07

‐0.06

0.05d ( )

Cu2p disv(eV)

在Ag, Au 和Cu上, C1s峰位随沉积时间变化, 间隔~4h

‐0.09tn

284.8

285

284.2

284.4

284.6

positio

ns/eV

C1s‐Ag/eV

C1s‐Au/eV

283.8

284

284.2

C1s p C1s‐Cu/eV

283.6

C1s 0 C1s 1 C1s 2 C1s 3 C1s 4

荷电控制与校准荷电控制与校准

不同材料上污染差异• 不同材料上污染C，差异～0.5eV；• 同一材料上不同厚度污染C，差异～0 4eV;同材料上不同厚度污染C，差异 0.4eV;• 不同来源的污染C也可能存在差异，？eV

其它元素峰的校准其它元素峰的校准

• Ar2p（242.1eV in C）• Au4f、Pt4f、Au4f、Pt4f、……• 以样品上已知元素的校准

• 在Avantage中污染C1s 取284.8eV，可以直接对同一样品中的所有谱峰校准。对同样品中的所有谱峰校准

谱峰指认与谱峰重叠谱峰指认与谱峰重叠

对照能级别在中智能别• 对照能级识别，在Avantage中智能识别；

• Knowledeg Base帮助在峰位和峰形上举行分Knowledeg Base帮助在峰位和峰形上举行分析、识别

常出现谱峰重叠影响元素和化学态指认• 常出现谱峰重叠，影响元素和化学态指认

• 通过案例说明，……通过案例说明，

理论基础：需要掌握的要点理论基础：需要掌握的要点

光电发射过程• 光电发射过程；• 俄歇过程；• 固体材料中的元激发• 固体材料中的元激发；• 电子弹性散射和非弹性散射；• 三阶段理论：激发电子输运表面跃迁空态；• 三阶段理论：激发、电子输运、表面跃迁空态；• 电子能级和能带；• 化学（物理）位移自旋轨道分裂终态效应；化学（物理）位移、自旋轨道分裂、终态效应；• 峰强、峰位、峰宽所表示的信息；• 定性和定量分析基础；定性和定量分析基础；• ……

XPS分析中自旋轨道劈裂峰误认为元素不同化学态峰

样品中含Fe Cr O C等元素

Survey spectrum

应为Fe2p1/2和2p3/2

Fe2p spectrum

应为Cr2p1/2和2p3/2

Survey spectrum

Cr2p spectrum

XPS谱峰重叠和干扰XPS谱峰重叠和干扰

等离激特征损失峰• 等离激元特征损失峰

– 为光电子主峰的伴峰，具有特征性，等能量间为光电子主峰的伴峰，具有特征性，等能量间距多级峰

• 俄歇谱峰• 俄歇谱峰

– 复杂、多峰，俄歇峰群

– 特征性，与光电子峰能量间距与光子能量有关

等离激元干扰XPS谱峰

单质等其氧化物出等离激峰

等离激元干扰XPS谱峰

• 单质Si、Al等及其氧化物出现等离激元峰，分布范围（BE）较宽；

• 案例：Si和Al的等离激元对关注谱峰的影响

6.00E+04


Si2pCl2p

软件识别出Al，归属于Al?Si2 150

Pt催化剂样品( Pt+SiO2)， X‐ray:mono AlKa

Al？4.00E+04

5.00E+04

6.00E 04nt

s / s

Al

软件识别出Al，归属于Al?答：不能全指认Al，因为：1）Al2p峰强不应小于Al2s峰；2）峰形，峰宽；3）……

Si2s 150 Al？

1.00E+04

2.00E+04

3.00E+04Cou

n

Al2pAl2s 120

将Pt4f峰和Si2p等离激元损失峰分别误认为Al2p和Al2s。两个峰的高度比偏离正常的Al2p和Al2s

6080100120140160180200

Binding Energy (eV)

样品中应该含Pt

Al2p和Al2s

6.00E+04


Si2pCl2p

样品中应该含Pt

1.40E+05


4.00E+04

5.00E+04

nts

/ s

2p的

LOSS峰

8.00E+04

1.00E+05

1.20E+05

1.40E 05

nts

/ s

C1s

Cl2p

应用Pt次强峰帮助识别Pt

1.00E+04

2.00E+04

3.00E+04Cou

n

Al2p

Si

2.00E+04

4.00E+04

6.00E+04Cou

nSi2pCl2pN1s

Pt4f

Pt4d

X6080100120140160180200

Binding Energy (eV)

0.00E+000100200300400

Binding Energy (eV)

1.20E+05


8.00E+04

1.00E+05

s / s

Al2p

C1s

氧化铝基样品中含S?答：虽然S2p (164eV) 与Al 2s等离激元峰重叠。但S2s (229eV, S2p强度0.5倍) 不明

2.00E+04

4.00E+04

6.00E+04

Cou

nt Ar2p

Si2p

S2p 显，因此，样品中不含S元素。

2.00E 04

0100200300

Binding Energy (eV)

8000

S2p Scan8 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Al2s LOSS

7000

7500

Cou

nts

/ s

6000

6500

C

6000156158160162164166168170172174176178180

Binding Energy (eV)

样品中含元素S和Cl？ 1 Scan, 500µm, CAE 100.0, 1.00 eV

S2p ??

6.00E+04

ount

s / s

Cl2p ??

4.00E+04

5.00E+04Co

160170180190200210220

Binding Energy (eV)

1 00E 0

1.20E+05

1 Scan, 500µm, CAE 100.0, 1.00 eV

S2s? S2p?

6.00E+04

8.00E+04

1.00E+05

ount

s / s

Si2pC1s

2.00E+04

4.00E+04

Co

N1s

Cl2 ?Cl2p?0100200300400

Binding Energy (eV)

Cl2s?Cl2p?

3805 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

XPS确定某个样品中是否含有关键元素S 2500001 Scan, 500µm, CAE 100.0, 1.00 eV

C1s

340

360s

S2p ?

150000

200000

s / s

280

300

320

Cou

nts

/ s

50000

100000Cou

nts

O1s

240

260

1561581601621641661681701721741761781800

50000

020040060080010001200

Si2p

Binding Energy (eV)

3 00E 03

1 Scan, 500µm, CAE 100.0, 1.00 eV

Binding Energy (eV)

2.60E+03

2.80E+03

3.00E+03

nts

/ s

Si2p

2.00E+03

2.20E+03

2.40E+03

Cou

n

1.80E+03

6080100120140160180200220240

Binding Energy (eV)

等离激元等离激元

等离子激• 等离子激元？

– 等离子体‐‐固体中自由电子气的集体振荡，被等离子体固体中自由电子气的集体振荡，被认为是物质的第四态

– 具有固有频率Wp，Ws具有固有频率Wp，Ws– 在激发的固体中很常见，

电子能谱与等离激元• 电子能谱与等离激元

• 多峰，与光电子峰重叠，在低BE段影响谱多峰，与光电子峰重叠，在低BE段影响谱峰的定性和定量分析

样品：SiO2+Al2O3

3.00E+05

4.00E+051 Scan, 500µm, CAE 100.0, 1.00 eV

O1s

6 00E+04

7.00E+04

8.00E+04

1 Scan, 500µm, CAE 100.0, 1.00 eV

C1s

2.00E+05

3.00E 05

Cou

nts

/ s

3 00E+04

4.00E+04

5.00E+04

6.00E+04

Cou

nts

/ s

Al2

C1s

P2pSi2p

0 00E+00

1.00E+05

Al2pC1s

P2pSi2p

0 00E+00

1.00E+04

2.00E+04

3.00E+04 Al2pSi2p

0.00E+00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

0.00E+000100200300

Binding Energy (eV)

在0 200 V范围内集中了多个峰使得谱图复杂谱峰难以指认在0~200eV范围内集中了多个峰，使得谱图复杂，谱峰难以指认

案例：SnO2掺入关键元素Li（低含量）

1 00E 06

1.20E+06


Sn3d5 5000

Li1s Scan15 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

6.00E+05

8.00E+05

1.00E+06un

ts /

s

O1s 3000

4000

unts

/ s

2.00E+05

4.00E+05

Cou

O1s

C1sCl2p

2000

Cou

0.00E+00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

1000405060

Binding Energy (eV)

Sn3d ScanO1s Scan

2 Scans 500µm CAE 30 0 0 05 eV

3 00E+05

4.00E+05

Sn3d Scan2 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Sn3d1.00E+05

1.20E+052 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

O1s

2.00E+05

3.00E+05

Cou

nts

/ s

6.00E+04

8.00E+04

Cou

nts

/ s

0 00E+00

1.00E+05

2.00E+04

4.00E+04

524526528530532534536538540542544 0.00E 00480490500

Binding Energy (eV)

524526528530532534536538540542544

Binding Energy (eV)

Experiment Descriptions 140729-Wangy-Lidy-z\Mono 500µm\Sn1

Name StartBE

PeakBE

EndBE

HeightCPS

FWHMeV

Area (P)CPS.eV

Area (N)TPP-2M

Atomic%

PeakType

Q SFALTHERMO1

TXFN Backgn Title

Sn3d5 490.080 486.204 474.480 1030475.923 2.318 2631499.3457 0.0000 0.000 Standard 22.000 5630.199 Smart 9 Survey

O1s 535.880 530.191 524.680 295598.506 2.515 833616.1511 0.0000 0.000 Standard 2.881 5681.658 Smart Survey

C1s 297.280 284.703 276.080 28227.892 2.612 96996.0016 0.0000 0.000 Standard 1.000 5411.536 Smart Survey

Cl2p 211.280 198.604 192.880 6163.338 3.501 26002.1950 0.0000 0.000 Standard 2.741 5325.560 Smart Survey

C1s 294.280 284.663 277.830 6413.537 1.419 13894.3291 0.1754 15.207 Standard Y 1.000 1110.786 Smart C1s Scan

Sn3d 501.080 486.219 478.880 322380.128 1.265 796665.6990 0.2886 25.025 Standard Y 37.257 1195.147 Smart Sn3d Scan

O1s 537.980 530.146 524.730 87382.474 1.299 144636.9054 0.6893 59.768 Standard Y 2.881 1215.615 Smart O1s Scan

6.00E+05

Sn3d Scan2 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Sn3d1 60E 05

1.80E+05


O1s

3 00E+05

4.00E+05

5.00E+05nt

s / s 1.20E+05

1.40E+05

1.60E+05

nts

/ s

1.00E+05

2.00E+05

3.00E+05

Cou

n

6.00E+04

8.00E+04

1.00E+05Cou

n

0.00E+00480490500

Binding Energy (eV)

4.00E+04524526528530532534536538540542544

Binding Energy (eV)SnO2 : Li

1.20E+04

1.30E+04


C1s

6000

7000


?? ??Na2sLi1s ?

1.00E+04

1.10E+04

Cou

nts

/ s

4000

5000

Cou

nts

/ s

?? ??

7 00E+03

8.00E+03

9.00E+03

C

1000

2000

3000C

7.00E+03276278280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

1000405060

Binding Energy (eV)

6000

7000


5.00E+04

6.00E+04


O2s

4000

5000C

ount

s / s

3.00E+04

4.00E+04

Cou

nts

/ s

Sn4d

1000

2000

3000

C

0 00E 00

1.00E+04

2.00E+04

C

1000405060

Binding Energy (eV)

0.00E+00203040506070

Binding Energy (eV)

全谱范围宽，视野大。查看全谱，

7000


Li doped SnO2

4000

5000

6000un

ts /

sLi doped SnO2

2000

3000

Cou

Sn4d SnO2 std SnO2 140926 wangxf

1000405060

Binding Energy (eV)

2.00E+04

2.50E+04

Sn4d SnO2 std_SnO2 140926-wangxf5 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

7000

8000

9000

× 2)


1.00E+04

1.50E+04

Cou

nts

/ s

4000

5000

6000

7000

/ s (

Res

idua

ls ×

Sn4d Scan

0 00E+00

5.00E+03

1000

2000

3000

4000

Cou

nts

/

0.00E 002030405060708090100110120

Binding Energy (eV)

405060

Binding Energy (eV)

谱峰完全与标准SnO2谱重合，故不存在Li

6000

7000


5.00E+04

6.00E+04


Sn4dO2s

4000

5000C

ount

s / s

3.00E+04

4.00E+04

Cou

nts

/ s

1000

2000

3000

C

0 00E 00

1.00E+04

2.00E+04

C

Scan 979eV #002 Lensmode-Std

1000405060

Binding Energy (eV)

0.00E+00203040506070

Binding Energy (eV)

E0=1keV对比

4.00E+05

2 Scans, CAE 5.0, 0.05 eV0

结论：Sn4d的能量损失谱与Li1s重叠，干扰了对Li1s的分析。无法分析SnO2中微量Li。

不是无所不能的分析工具

2.00E+05

3.00E+05

Cou

nts

/ s REELSXPS不是无所不能的分析工具。

0.00E+00

1.00E+05

970 980 990 1000

Kinetic Energy (eV)

XPS谱中俄歇谱峰干扰XPS谱中俄歇谱峰干扰

损失峰/携振峰干扰光电子峰• 损失峰/携振峰干扰光电子峰；• 俄歇峰（XAES）干扰光电子峰；光电子峰干扰另光电子峰如• 光电子峰干扰另一光电子峰，如：– Cu2p/Pr3d；S2 /S2 分别与S 3 /S 3 重叠干扰– S2p/S2s分别与Se3p/Se3s重叠干扰；

– ……卫星峰/鬼峰/阳极靶交叉峰干扰光电子峰• 卫星峰/鬼峰/阳极靶交叉峰干扰光电子峰；

• 双阳极XPS中，韧致辐射X射线激发谱峰及背景的干扰的干扰；

• ……

XPS谱中俄歇谱峰干扰

伴随光电发射产生俄歇发射中伴随

XPS谱中俄歇谱峰干扰

• 伴随光电发射，产生俄歇发射，XPS中伴随出现俄歇谱峰；

• 案例：Mono AlKa XPS中 Fe2p‐Ni LMM，Nd3d+OKLLNd3d+OKLL

1.40E+06

1.60E+06


Ni2pNiCr合金样品，激发条件：Mono AlKa

Fe2p3？8.00E+05

1.00E+06

1.20E+06

Cou

nts

/ s

Na1s ???Fe2p3 将NiLMM峰，误认为Fe2p3

Fe2p3？

0 00E 00

2.00E+05

4.00E+05

6.00E+05C

Cr2p

Fe2p3

C1sO1s Ar2pN1s

将NiLMM峰，误认为Fe2p3

0.00E+00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

7.00E+05


1 20E 06

1.40E+06


Ni2p

4 00E 05

5.00E+05

6.00E+05

nts

/ s

Fe2p3

8.00E+05

1.00E+06

1.20E+06

Cou

nts

/ s应为Ni LMM俄歇峰

X

2.00E+05

3.00E+05

4.00E+05

Cou

n

2.00E+05

4.00E+05

6.00E+05C

1.00E+05620640660680700720740760780800820

Binding Energy (eV)

650700750800850

Binding Energy (eV)

5.00E+05


O1sNd3d

4 00E+05

5.00E+05


O1s

3.00E+05

4.00E+05

unts

/ s

2 00E+05

3.00E+05

4.00E+05

Cou

nts

/ s误认为O的Auger峰，应为

1.00E+05

2.00E+05Co

C1s

S2pN1s

Si2p ???0 00E 00

1.00E+05

2.00E+05C C1s

S2pN1s

Si2p ???

0.00E+00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

0.00E+00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

XPS谱中俄歇谱峰干扰XPS谱中俄歇谱峰干扰

损失峰/携振峰干扰光电子峰• 损失峰/携振峰干扰光电子峰；• 俄歇峰（XAES）干扰光电子峰；光电子峰干扰另光电子峰如• 光电子峰干扰另一光电子峰，如：– Cu2p/Pr3d；S2 /S2 分别与S 3 /S 3 重叠干扰– S2p/S2s分别与Se3p/Se3s重叠干扰；

– ……卫星峰/鬼峰/阳极靶交叉峰干扰光电子峰• 卫星峰/鬼峰/阳极靶交叉峰干扰光电子峰；

• 双阳极XPS中，韧致辐射X射线激发谱峰及背景的干扰的干扰；

• ……

Survey

4.00E+05


O1s

Cu2p33 00E+05

4.00E+05


O1s

Pr3d5误认为Cu2p峰，应为

2.00E+05

3.00E+05

Cou

nts

/ s

C1s2.00E+05

3.00E+05

Cou

nts

/ s

C1s

0 00E 00

1.00E+05

C

S2p

Si2p

N1s

0 00E+00

1.00E+05 S2p

Si2p

N1s

0.00E+00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

0.00E 00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

可采用其它能级峰判别指认,例如:采用Pr4d,而Cu不存在4d峰。如果种素时存在谱峰重叠则峰无法直接使用需要分峰如果两种元素Cu/Pr同时存在，谱峰重叠。则3d峰无法直接使用，需要分峰；或者采用其它谱峰Cu（3p）/Pr（4d）的进行分析。

S2p ‐Se3p and S2s‐Se3sS2p Scan S2s Scan

7.00E+04

8.00E+04


4.20E+04

4.40E+04

× 1)

S2s Scan5 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Se3s Scan B ?

4.00E+04

5.00E+04

6.00E+04

Cou

nts

/ s

Se3pS2p ?

3.80E+04

4.00E+04

/ s (

Res

idua

ls ×

S2s Scan A ?

Se3s Scan B ?

1.00E+04

2.00E+04

3.00E+04

S2p ?

3.20E+04

3.40E+04

3.60E+04

Cou

nts

/

S2s Scan C ?

156158160162164166168170172174176178180

Binding Energy (eV)

220222224226228230232234236238240

Binding Energy (eV)

2.00E+05

SLM1 Scan 25 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Fit Display8 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.01 eV

Se3p Se3pEnvelopeOriginal

1.70E+05

1.80E+05

1.90E+05

/ s

S LM11 00E+04

1.50E+04

2.00E+04

/ s

Original

S2p A

Se3p3Se3p1

1.40E+05

1.50E+05

1.60E+05Cou

nts S LM1

0.00E+00

5.00E+03

1.00E+04

Cou

nts

/

S2p B

p

1.30E+05

1.40E 05

132013301340135013601370

Binding Energy (eV)

156158160162164166168170

Binding Energy (eV)

解决重叠峰干扰的方法解决重叠峰干扰的方法

对于俄歇干扰光电子峰更换射线光子能量• 对于俄歇干扰光电子峰，更换X射线光子能量（激发源，AlKa更换为MgKa）可以改变重叠干扰得到正确的实验结果扰，得到正确的实验结果；

• 在结合能BE坐标中，某光电子特征峰EP与某俄歇特征峰之间的差值与激发射线的光子能歇特征峰EA之间的差值δ与激发X射线的光子能量hv有关，表示为：

如AlK 切换为M K δ变化 233 V 即俄歇峰如AlKa切换为MgKa， δ变化 ‐233eV，即俄歇峰向低BE方向移动233eV (=1486.6eV‐1253.6eV）

Survey1 Scan, 500µm, CAE 100.0, 1.00 eV 1 70E+04

Ni2p Scan2 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

X‐ray：Mono AlKa。样品含F O Mn N Cl P Li（锂电池材料）Mn2p Scan

2 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

1 00E 05

1.50E+05

2.00E+05

ts /

s

O1s

C1s

F1s

1 50E+04

1.60E+04

1.70E+04

nts

/ s

Ni2p ??

1.00E+04

1.10E+04

1.20E+04

s / s

Mn2p

Mn2p3

Mn2p1

0 00E+00

5.00E+04

1.00E+05

Cou

nt

Mn2p

P2p

N1s

Cl2p Li1s

1.30E+04

1.40E+04

1.50E+04

Cou

n

7 00E+03

8.00E+03

9.00E+03Cou

nt Mn2p3

F KLL F KLL Mn LMM

0.00E+00020040060080010001200


850860870880890


7.00E+03640650660


X‐ray：MgKa。样品含F O Mn N Cl P

出现Ni2p信号？

Mn2p3与2p1强度比应为2:1

4 00E+05

5.00E+05

Survey1 Scan, CAE 100.0, 1.00 eV

F1s

X‐ray：MgKa。样品含F O Mn N Cl P

4 32E+04

4.34E+04

Ni2p 210 Scans, CAE 30.0, 0.05 eV

3.10E+04

Mn2p FKL5 Scans, CAE 30.0, 0.05 eV

NKLL Mn2p+FKLL

F KLLNi2p为双峰结构Mn2p3与2p1强度比应为2:1

2.00E+05

3.00E+05

4.00E+05

Cou

nts

/ s

Mn2p

O1s C1s

4.24E+04

4.26E+04

4.28E+04

4.30E+04

4.32E+04

Cou

nts

/ s

2.80E+04

2.90E+04

3.00E+04

Cou

nts

/ s

Mn2p+FKLL

0.00E+00

1.00E+05

02004006008001000

Binding Energy (eV)

N1s

P2pLi1s

4.18E+04

4.20E+04

4.22E+04

850860870880890

Binding Energy (eV)

2.50E+04

2.60E+04

2.70E+04

630640650660

Bi di E ( V)Binding Energy (eV)

光电子峰（XPS）出现的同时，伴随俄歇峰（XAES）出现


对光电子峰等离激峰的扰采用• 对于光电子峰、等离激元峰的干扰可采用

– 选用次强峰或俄歇峰选用次强峰或俄歇峰

• Pt+Al2O3中 Pt4f(Al2p)Pt4d；• MoS2中Mo3d(S2s)Mo3p；MoS2中Mo3d(S2s)Mo3p；

– 分峰处理，包括非线性拟合（NNLSF）• MoS2（Mo3p）+N 将N1s峰从Mo3p的包络中剥• MoS2（Mo3p）+N：将N1s峰从Mo3p的包络中剥离；

• Sb3d＋O1s：将Sb3d双峰从O1s中剥离；Sb3d＋O1s：将Sb3d双峰从O1s中剥离；

• Ru3d＋C1s：将Ru3d双峰从C1s中剥离；

• Nd3d+OKLL：采用非线性拟合剥离；• Nd3d+OKLL：采用非线性拟合剥离；

4200


4500

Mo3d Scan3 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

样品：S+Mo？

3400

3600

3800

4000un

ts /

s

3500

4000

nts

/ s

2600

2800

3000

3200Cou

2500

3000

Cou

S2s干扰！2600

156158160162164166168170172174176178180

Binding Energy (eV)

2500222224226228230232234236238240

Binding Energy (eV)

Mo3p Scan

9000

9200

Mo3p Scan5 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

NMo3p

8600

8800

Cou

nts

/ s

8000

8200

8400

8000390400410420

Binding Energy (eV)

S2p Scan5 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV Mo3d Scan Mo3p Scan

2.00E+04

3.00E+04

s / s 4.00E+04

5.00E+04

6.00E+04

7.00E+04

s / s

3 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

3 00E+04

3.50E+04

4.00E+04

s


0 00E+00

1.00E+04

Cou

nt

0.00E+00

1.00E+04

2.00E+04

3.00E+04

222224226228230232234236238240

Cou

nts

2.00E+04

2.50E+04

3.00E+04

Cou

nts

/ s

0.00E+00156158160162164166168170172174176178180

Binding Energy (eV)

222224226228230232234236238240

Binding Energy (eV) 1.50E+04390400410420

Binding Energy (eV)

Mo3d S2s Mo3p ScanS2p Scan5 S 500 CAE 30 0 0 05 V

选用Mo3p表征Mo的价态XPS分析两种MoS2样品最强峰Mo3d受S2s干扰

3.00E+04

4.00E+04

5.00E+04

/ s

Mo3d S2s5 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Mo3d

2.50E+04

3.00E+04

s

5 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Mo3p

1.50E+04

2.00E+04

/ s

5 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

S2p

0 00E+00

1.00E+04

2.00E+04Cou

nts

/

1.50E+04

2.00E+04

Cou

nts

/

0 00E+00

5.00E+03

1.00E+04

Cou

nts

0.00E+00220222224226228230232234236238240

Binding Energy (eV)1.00E+04

390400410420

Binding Energy (eV)

0.00E+00156158160162164166168170172174176178180

Binding Energy (eV)

(SiO2+MgO :Cu)样品中掺有Al ?1 Scan, 500µm, CAE 100.0, 1.00 eV6.00E+05

1 Scan, 500µm, CAE 100.0, 1.00 eV

O1s

1.00E+05

1.20E+05

1.40E+05

1.60E+05

/ s

4.00E+05

5.00E+05/ s

O1s

2 00E+04

4.00E+04

6.00E+04

8.00E+04

Cou

nts

/

Si2p

S2p

N1s C1sCa2p ???

1 00E+05

2.00E+05

3.00E+05

Cou

nts

Na1s

Si2pS2pMg1s

N1s C1Cu2p3 ???

0.00E+00

2.00E+04

0100200300400500600

Binding Energy (eV)

0.00E+00

1.00E+05

020040060080010001200

Binding Energy (eV)

pN1s C1sCa2p ???

2000

22004 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Al2p +Cu3p?6 00E 04

7.00E+04

1 Scan, 500µm, CAE 100.0, 1.00 eV

Si2p

S2p

1400

1600

1800

unts

/ s

4.00E+04

5.00E+04

6.00E+04

Cou

nts

/ s

高分辨谱


800

1000

1200Co

1.00E+04

2.00E+04

3.00E+04C1.50E+04

1.60E+04

1.70E+04

1.80E+04

Cou

nts

/ s

4 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Cu2p

6006566676869707172737475767778798081828384

Binding Energy (eV)

708090100110120130140150160170180190200

Binding Energy (eV)1.20E+04

1.30E+04

1.40E+04

930940950960

C

Binding Energy (eV)

(SiO2+MgO :Cu)样品掺Al前后对比1600

2 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

1 50E 044 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

1200

1400/ s

掺Al前Cu3p

1.40E+04

1.50E+04

s / s

Cu2p

800

1000Cou

nts

1.20E+04

1.30E+04

Cou

nts Cu2p

2000

2500

0.2)

4 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Al2p cmp

6006566676869707172737475767778798081828384

Binding Energy (eV)

1.10E+04930940950960

Binding Energy (eV)

1500

2000

(R

esid

uals

× 0

2000

22004 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Al2p +Cu3p?1 70E+04

1.80E+044 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV1000

Cou

nts

/ s

1400

1600

1800

unts

/ s

掺Al后

1 40E+04

1.50E+04

1.60E+04

1.70E+04C

ount

s / s

Cu2p

5006566676869707172737475767778798081828384

Binding Energy (eV)

800

1000

1200Co

1.20E+04

1.30E+04

1.40E+04

930940950960

Binding Energ (eV)

6006566676869707172737475767778798081828384

Binding Energy (eV)

Binding Energy (eV)


对光电子峰等离激峰的扰采用• 对于光电子峰、等离激元峰的干扰可采用

– 选用次强峰或俄歇峰选用次强峰或俄歇峰

• Pt+Al2O3中 Pt4f(Al2p)Pt4d；• MoS2中Mo3d(S2s)Mo3p；MoS2中Mo3d(S2s)Mo3p；

– 分峰处理，包括非线性拟合（NNLSF）• MoS2（Mo3p）+N 将N1s峰从Mo3p的包络中剥• MoS2（Mo3p）+N：将N1s峰从Mo3p的包络中剥离；

• Sb3d＋O1s：将Sb3d双峰从O1s中剥离；Sb3d＋O1s：将Sb3d双峰从O1s中剥离；

• Ru3d＋C1s：将Ru3d双峰从C1s中剥离；

• Nd3d+OKLL：采用非线性拟合剥离；• Nd3d+OKLL：采用非线性拟合剥离；

6000

7000


S2p1.60E+04

1.80E+04

Mo3d S2s5 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Mo3d

1.60E+04

1.70E+04


Mo3p

3000

4000

5000

6000C

ount

s / s

6.00E+03

8.00E+03

1.00E+04

1.20E+04

1.40E+04

Cou

nts

/ s

1 10E+04

1.20E+04

1.30E+04

1.40E+04

1.50E+04

Cou

nts

/ s

1000

2000

156158160162164166168170172174176178180

Binding Energy (eV)

2.00E+03

4.00E+03

220222224226228230232234236238240

Binding Energy (eV)

9.00E+03

1.00E+04

1.10E+04

390400410420

Binding Energy (eV)

Mo3p fit

线性拟合

1.80E+04

2.00E+04

× 1)

p5 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

M 3 3 S BN

Ref Name Peak Height Height Area Area FWHM fit

1 20E+04

1.40E+04

1.60E+04

s / s

(R

esid

uals

Mo3p3 Scan AMo3p1 Scan A

Mo3p3 Scan B

Mo3p1 Scan BN1s

Ref.

A

B

Name PeakBE

HeightCPS

HeightRatio

AreaCPS.eV

AreaRatio

FWHM fitparam (eV)

Mo3p3 Scan A 395.13 2945.82 0.81 10023.47 0.70 2.90

0.5 : 3.5Mo3p1 Scan A 412.61 1507.62 0.41 5129.86 0.36 2.90

A+17 20 (+0 9 -0 35) A*0 512 A*1

8.00E+03

1.00E+04

1.20E+04

Cou

nts

Mo3p B

Mo3p A

C

D

E

A+17.20 (+0.9 0.35) A 0.512 A 1Mo3p3 Scan B 398.71 3652.32 1.00 14325.56 1.00 3.34

0.5 : 3.5Mo3p1 Scan B 415.95 1869.20 0.51 7327.34 0.51 3.34

C+17.20 (+0.9 -0.35) C*0.512 C*1N1 400 81 2976 30 0 81 11827 56 0 83 3 39 390400410420

Binding Energy (eV)

E N1s 400.81 2976.30 0.81 11827.56 0.83 3.39

0.5 : 3.5

Ru3d与C1s峰Ru3d与C1s峰 ESCALAB 250Xi in ATC BNU

2 Scans 1 m 20 2 s 500祄 CAE 30 0 0 05 eV

6 00E+04

7.00E+042 Scans, 1 m 20.2 s, 500祄 , CAE 30.0, 0.05 eV

C1 S B

5.00E+04

6.00E+04

sid.

?5)

Ru3d3 Scan AC1s Scan B考虑合理的Ru3d5与Ru3d3之间的峰高比、峰位差拟合Ru3d。在～281eV包络中拟合剩下的峰再考虑C1s的拟合的可能性。

4.00E+04

nts

/ s (

Res

C1s Scan C

注意Ru3d5与C1s的拖尾相交叠，当然也可以用Ru3p表征Ru价态。Ru3d3与C1s主峰完全重合.

Ru3d

2.00E+04

3.00E+04

Cou

n

Ru3d5 Scan ARu3d

1.00E+04272274276278280282284286288290

Binding Energy (eV)

Sb3d与O1s峰Sb3d与O1s峰 ESCALAB 250Xi in ATC BNU

1.40E+052 Scans, 1 m 40.2 s, 500祄 , CAE 30.0, 0.05 eV

1.00E+05

1.20E+05

d. ?

2) Sb3d5 Scan AO1s Scan C

8.00E+04

s / s

(R

esid

O1s Scan BSb3d

6.00E+04

Cou

nts

Sb3d3 Scan A

2.00E+04

4.00E+04

520522524526528530532534536538540542544

Binding Energy (eV)

6.80E+04

Nd3d Scan3 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

5.00E+05

6.00E+05


O1s

线性拟合结果

6.60E+04


6.20E+04

6.40E+04

6.60E+04

Res

idua

ls ×

0.2

)

Nd3d5 Scan ANd3d3 Scan A

3.00E+05

4.00E+05

Cou

nts

/ s

O1s

C1s

F1s

Nd？

6.20E+04

6.40E+04

s

5.60E+04

5.80E+04

6.00E+04

Cou

nts

/ s (

R

0 00E 00

1.00E+05

2.00E+05

C

Ga3d

5.80E+04

6.00E+04

Cou

nts

/ s

5.40E+0497098099010001010102010301040

Binding Energy (eV)

0.00E+00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

OKLL与Nd3d重叠，有Nd3d信号出现？ 5.40E+04

5.60E+04

6 60E+04

6.80E+04


非线性拟NNLSF合结果：OKLL和Nd3d

5 0 097098099010001010102010301040

Binding Energy (eV)

6.20E+04

6.40E+04

6.60E+04

Res

idua

ls ×

0.5

)

OKLLNd3d

Name Start Peak End Height FWHM Area (P) Area (N) Atomic

5.60E+04

5.80E+04

6.00E+04

Cou

nts

/ s (

R Name StartBE

PeakBE

EndBE

HeightCPS

FWHMeV

Area (P)CPS.eV

Area (N)TPP-2M

Atomic%

Ga3d 26.980 20.250 14.980 20264.415 1.494 37970.7426 0.3173 7.866

C1s 292.930 284.674 278.880 57293.610 1.210 88560.3095 1.1179 27.711

O1s 541.880 531.071 525.880 39579.822 2.438 103147.5280 0.4917 12.190

G 2 1151 930 1118 540 1112 180 93115 243 1 761 423841 7510 0 0000 0 0005.40E+04

97098099010001010102010301040

Binding Energy (eV)

Ga2p 1151.930 1118.540 1112.180 93115.243 1.761 423841.7510 0.0000 0.000

OKLL 1040.080 976.530 960.080 5218.891 6.895 117990.3594 2.0937 51.902

Nd3d 1040.080 983.080 960.080 4092.605 4.699 51498.1527 0.0134 0.331

灵敏度因子有误！

射线束辐照诱导变化产生的假峰射线束辐照诱导变化产生的假峰

射线• XPS‐X射线

• AES/SAM‐电子束/• REELS‐电子束

• 样品清洁/深度剖析离子束（如Ar+）• 样品清洁/深度剖析‐离子束（如Ar+）• ISS /SIMS—离子束 Ar+， He+• UPS‐UV射线

• 应该注意：射线辐照对样品有损伤，可能应该注意：射线辐照对样品有损伤，可能会产生假峰！

射线对结果的影响射线对结果的影响

化学态变化• 化学态变化

– 氧化态的还原(如:TiO2)氧化态的原(如 )– 化学键断裂(如:有机高分子)电子损伤(REELS测量宽禁带有机高分子)– 电子损伤(REELS测量宽禁带,有机高分子)

• 组分变化

– 吸附

– 脱附脱附

– 分凝

氩离子（Ar+）刻蚀氩离子（Ar+）刻蚀

电子能谱仪器中常配有A +源用于• 电子能谱仪器中常配有Ar+源，用于：– 清洁样品– 深度剖析深度剖析– 中和负电– 离子谱– ……

• 参数（例如Thermo EX06）：能量（）– 能量（200eV—3000eV）

– 束流（~10uA‐2uA）扫描区间（~102um~4mm）– 扫描区间（ 102um 4mm）

– 时间（根据需求设定）

Ar+刻蚀nano TiOAr+刻蚀nano‐TiO2

表面出了污染出较强峰• Nano‐TiO2表面出现了污染，出现较强C峰• Ar+ 清洁？Ar 清洁？

6 00E+051 Scan, 500µm, CAE 100.0, 1.00 eV

3 00E+042 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

1 40E+052 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

未经Ar+刻蚀原始样品上出现较强的C1s峰 ~20 kcps

3 00E 05

4.00E+05

5.00E+05

6.00E+05ts

/ s

Ti2p

O1s

2.00E+04

3.00E+04

Res

idua

ls ×

2)

C1s Scan A

8.00E+04

1.00E+05

1.20E+05

1.40E+05

ts /

s

Ti2p

0 00E 00

1.00E+05

2.00E+05

3.00E+05

Cou

nt

C1s

S2p ???

0 00E 00

1.00E+04

Cou

nts

/ s (

R

C1s Scan BC1s Scan C

0 00E 00

2.00E+04

4.00E+04

6.00E+04Cou

nt

0.00E+00020040060080010001200

Binding Energy (eV)

0.00E+00276278280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

0.00E+00450452454456458460462464466468470472474

Binding Energy (eV)

Ar+ 刻蚀 3keV 60s后， C峰虽然大大降低 ~ 7kcps，Ti2p还原，结果失真！

7.00E+051 Scan, 500µm, CAE 100.0, 1.00 eV

O1s 80002 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

1.00E+052 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Ti2p

3 00E 05

4.00E+05

5.00E+05

6.00E+05

ount

s / s Ti2p 6000

7000

ount

s / s

C1s

6.00E+04

8.00E+04

ount

s / s

Ti2p

Ar2pC1s

0.00E+00

1.00E+05

2.00E+05

3.00E+05

020040060080010001200

Co

Ar2pC1s

3000

4000

5000

276278280282284286288290292294296298

Co

0.00E+00

2.00E+04

4.00E+04

450452454456458460462464466468470472474

Co

020040060080010001200

Binding Energy (eV)

276278280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

450452454456458460462464466468470472474

Binding Energy (eV)

Ar+刻蚀nano TiOA 0kV

Ar+刻蚀nano‐TiO2损伤

Ar0kV Ar1kV Ar3kV

Ti2p

s)I (

cps

475 470 465 460 455 450

BE (eV) 其它条件相同：A ＋刻蚀60

( )Ar＋刻蚀60s；～50uA/cm2

Ar＋刻蚀损伤Ar＋刻蚀损伤

离子注• 离子注入

• 择优溅射择优溅射

• 离子混合效应

• 溅射污染、诱导吸附环境物质、离子钉入

• 破坏样品表面结构组分破坏样品表面结构、组分

• 长时间溅射表面粗糙，弧坑效应，

• ……

Ar＋刻蚀损伤：减小损伤Ar＋刻蚀损伤：减小损伤

减少＋刻蚀引起的损伤• 减少Ar＋刻蚀引起的损伤：– 尽量不使用Ar＋刻蚀，采用其它物理和化学方法处样品法处理样品；

– 尽量低通量Ar＋，适当时间；

– 尽量低能量E0，（ESCALAB 250Xi 可至200eV）；

– 尽量减少Ar＋辐照时间，保持原始样品特征；

– 其它技术：原子团簇枪；其技术子团簇枪；

• 综合优化Ar+溅射条件：能量、束流密度、时间离子束斑角度旋转样品台参时间、离子束斑、角度、旋转样品台参数；

氩离子（ Ar＋）刻蚀样品诱导变化氩离子（ Ar＋）刻蚀样品诱导变化

＋离子荷电并具有质量能量刻蚀清洁• Ar＋离子荷电并具有质量、能量，刻蚀清洁

样品表面时，可能诱导表面不同程度的损样品表面时可能诱导表面不同程度的损伤；

损伤现象常见分析时应引起足够的注• 损伤现象常见，分析时应引起足够的注意；

• 正确评估结果；

X射线辐照样品诱导变化（损伤）

般射线辐照损伤比小但也普遍存在• 一般X射线辐照损伤比Ar+小，但也普遍存在于XPS分析中；

X射线辐照TiO2诱导变化X射线辐照TiO2诱导变化6.00E+05

1 Scan, 500µm, CAE 100.0, 1.00 eV

O1s

1 20E+05

1.40E+052 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

Ti2p

4.00E+05

5.00E+05

s / s

Ti2p

8.00E+04

1.00E+05

1.20E+05

nts

/ s

1 00E+05

2.00E+05

3.00E+05

Cou

nts

C1s 2 00E+04

4.00E+04

6.00E+04Cou

n

0.00E+00

1.00E+05

020040060080010001200

Binding Energy (eV)

0.00E+00

2.00E+04

450452454456458460462464466468470472474

Binding Energy (eV)2 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV


1.50E+05

2.00E+05

idua

ls ×

2)

Ti2p Scan A4.00E+04

5.00E+04

s

2 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

5.00E+04

1.00E+05

Cou

nts

/ s (

Res

1 00E+04

2.00E+04

3.00E+04

Cou

nts

/ s

0.00E+00450452454456458460462464466468470472474

Binding Energy (eV)

1.00E+04

454456458460462464466468

Binding Energy (eV)

金表面修饰DNA分子：XPS测量低含量元素P、N

为了得到弱信号采用长时间反复• 为了得到弱信号P2p、N1s采用长时间反复扫描，但需要检查样品是否损伤。

9.00E+04P2p Scan

1.52E+05N1s Scan

N1s

8.90E+04

/ s

P2p

1 48E+05

1.50E+05

s

8.70E+04

8.80E+04

Cou

nts

1.46E+05

1.48E+05

Cou

nts

/

8.60E+04126128130132134136138140142144

Binding Energy (eV)

1.42E+05

1.44E+05

394396398400402404406408410Binding Energy (eV) Binding Energy (eV)

扫描20次，约15mins 扫描20次，约15mins

XPS测量过程中，经过X辐照主元素能谱变化

1.30E+05Compare-2 C1s

2.40E+05Compare-1 2 O1s

1.00E+05

1.10E+05

1.20E+05

/ s

2.00E+05

2.20E+05

s

8.00E+04

9.00E+04

1.00E 05

Cou

nts

1.60E+05

1.80E+05

Cou

nts

/

6.00E+04

7.00E+04

280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

1.20E+05

1.40E+05

526528530532534536538540542544

( )Binding Energy (eV) Binding Energy (eV)

2＃样品经X射线45mins辐照前（红色）后（绿色）C1s和O1s变化

XPS测量过程中，经过X辐照主元素能谱变化

1 80E+05Compare-4 6 C1s

2 00E+05Compare-1 6 O1s

1.40E+05

1.60E+05

1.80E+05

1.80E+05

1.90E+05

2.00E+05

1.00E+05

1.20E+05

1.40E 05

Cou

nts

/ s

1.50E+05

1.60E+05

1.70E+05

Cou

nts

/ s

6.00E+04

8.00E+04

2802822842862882902922942962981.20E+05

1.30E+05

1.40E+05

526528530532534536538540542544280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

526528530532534536538540542544

Binding Energy (eV)

不同样品损伤程度不同。

6＃样品经X射线45mins辐照前（红色）后（绿色）C1s和O1s变化，此样品在X‐ray照射45min后损伤程度小。

X射线辐照损伤X射线辐照损伤

• 电子能谱测量过程中样品被辐照损伤是普遍现象（可参考电子能谱有关资料书遍现象可参考电子能谱有关资料书籍）；

• 稀土氧化物和过渡金属氧化物受X射线辐照• 稀土氧化物和过渡金属氧化物受X射线辐照被还原；

• 损伤程度与X射线强度，辐照剂量等有关；

• 损伤机理：• 损伤机理：

– 光化学反应、电子激发；

辐产生– 辐照产生温升；

氧化铁在X射线照射下被还原氧化铁在X射线照射下被还原

2 60E+045 Scans, 7 m 10.3 s, 500祄 , CAE 30.0, 0.05 eV

2.20E+04

2.40E+04

2.60E+04

2 20E+04

2.40E+04

2.60E+045 Scans, 7 m 10.3 s, 500祄, CAE 30.0, 0.05 eV

1 60E+04

1.80E+04

2.00E+04

Cou

nts

/ s

1.80E+04

2.00E+04

2.20E+04

Cou

nts

/ s

X‐ray 辐照～2h

1.20E+04

1.40E+04

1.60E+04

700710720730740 1.20E+04

1.40E+04

1.60E+04

Binding Energy (eV) 700710720730740

Binding Energy (eV)

氧化铁在X射线照射下被还原氧化铁在X射线照射下被还原

26 0k

24.0k

26.0k Xray0 Xray2h

Fe2p

20.0k

22.0k

s)

16.0k

18.0k

I (cp

s

12.0k

14.0k

695 700 705 710 715 720 725 730 735 740

BE (eV)

X‐ray 辐照（～2h）氧化铁样品的前后对比

401 Scan, 1 m 26.1 s, 900祄, CAE 40.0, 0.05 eV

3030

20

10

0700710720730740

Binding Energy (eV)Binding Energy (eV)

含Fe氧化物中Fe2p谱随X‐ray 辐照时间变化（～2h）

8.00E+04

9.00E+042 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

CuO在X‐ray辐照下的诱导变化

6.00E+04

7.00E+04

unts

/ s

3.00E+04

4.00E+04

5.00E+04Co

第1次 XPS

2.00E+04930940950960970

Binding Energy (eV)Iteration = 0

9.00E+04

1.00E+052 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

6.00E+04

7.00E+04

8.00E+04

Cou

nts

/ s

第30次 XPS

3.00E+04

4.00E+04

5.00E+04C

2.00E+04930940950960970

Binding Energy (eV)Iteration = 29

某氧化铜


Cu II Cu I 0

8.00E+04

9.00E+042 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV40

2 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

6 00E+04

7.00E+04

/ s

30

4 00E+04

5.00E+04

6.00E 04

Cou

nts

20

2 00E 04

3.00E+04

4.00E+04

102.00E+04930940950960970

Binding Energy (eV)

10

0930940950960970

Binding Energy (eV) 时间间隔16ming gy ( ) 时间间隔16minX射线功率150W/500um

从真空中取出，在自然环境空气中放置数天后，重新测试发现恢复CuO态

7.00E+04

8.00E+042 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

经过辐照的铜

4.00E+04

5.00E+04

6.00E+04

Cou

nts

/ s 经过8h X‐ray辐照的铜氧化物样品，放置空气中数天后，重新测试结果

2.00E+04

3.00E+04

930940950960970

Binding Energy (eV)

7.00E+043 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

5.00E+04

6.00E+04

unts

/ s

X‐ray辐照约20min

3.00E+04

4.00E+04Cou

2.00E+04930940950960970

Binding Energy (eV)

XPS分析稀土CeO2样品XPS分析稀土CeO2样品

稀土氧化物不仅受离子辐照会诱导还• 稀土RE氧化物不仅受离子辐照会诱导还原，且受X射线辐照也同样会诱导还原反应

如何减少X射线引起的损伤如何减少X射线引起的损伤

尽量减小X光枪功率照射样品面积照射时• 尽量减小X光枪功率、照射样品面积、照射时间等；

为保证测量信噪比可以采用低功率适当增加• 为保证测量信噪比可以采用低功率，适当增加通能、延长时间。

• 对于易受X射线损伤的样品或区域在优化参• 对于易受X射线损伤的样品或区域，在优化参数调试好参数后，应考虑换位置采谱；

• 优化实验参数：对于热效应引起的损伤采用• 优化实验参数：对于热效应引起的损伤，采用低照射功率（激发功率），延长采谱时间，以保证信噪比；保信噪；

• 优化实验参数：对于辐照易损伤样品需牺牲信噪比；

电子辐照损伤电子辐照损伤

采用电子源激发能谱• 采用电子源激发能谱：

– 俄歇电子能谱俄歇电子能谱

– 反射式电子能量损失谱（REELS）

电子辐照损伤：DLC的REELS谱电子辐照损伤：DLC的REELS谱2

6k

2

3kps)

e 24min

13k

I (cp

e 12min

0 20 40

0

0 20 40

Loss Energy (eV)

REELS测量条件：电子能量1keV，束流～200uA

AES分析中电子辐照AES分析中电子辐照

在中电子能量般大或等• 在AES中电子能量一般大于或等于3keV，可能诱导样品的变化

UPS分析中UV辐照UPS分析中UV辐照

辐照会诱导样品变化• UV辐照会诱导样品变化？

• UPS分析高分子聚合物UPS分析高分子聚合物

能量去卷积（Deconvolution PSF）能量去卷积（Deconvolution，PSF）

PSF基础PSF基础

定义• 定义：与样品相关的谱函数 F0 ；与仪器相关的谱函数与仪器相关的谱函数 Rt ；

• 测量谱I(E)=F0⊙Rt ……………… （1）测谱 ( ) 0 tI(E)为仪器测量出的谱，称为表观谱；Rt为仪器响应函数，与仪器构造、设置参数t为仪器响应函数，与仪器构造、设置参数有关，对于固定的仪器和设置参数，可以用已知样（如Ag）测出，预存在计算机中用已知样（如Ag）测出，预存在计算机中以备调用。

PSF基础PSF基础

( ) （）• …… I(E)=F0⊙ Rt ……………… （1）…………从公式中解的过称为去卷或• 从公式（1）中解出F0(E)的过程称为去卷积或退卷积（deconvolution），表示为：

1 （）F0 (E) = I ⊙‐1 Rt ……………… （2）与表观谱I(E)相比，F0(E)被剔除了I(E)中仪器Rt展宽贡献所以提高了分辨率展宽贡献，所以提高了分辨率。

• 在Avantage中有此计算功能，操作简单，选择功能执行功能执行（ Processing ... Modify Spectra ... Energy Deconvolution）。

2.00E+04C1s cae10

4200

4400N1s cae10样品1

1.00E+04

1.50E+04un

ts /

s

3800

4000

unts

/ s

5.00E+03

Cou

3200

3400

3600Cou

C1s cae100

0.00E+00280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

3000394396398400402404406408410

Binding Energy (eV)原始谱4.00E+05

5.00E+05

C1s cae1003 Scans, 500µm, CAE 100.0, 0.05 eV

4.00E+05

5.00E+05C1s cae100

1.20E+05

1.30E+05N1s cae100原始谱

2.00E+05

3.00E+05

Cou

nts

/ s

2.00E+05

3.00E+05

Cou

nts

/ s

1.00E+05

1.10E+05

Cou

nts

/ s

0 00E+00

1.00E+05

0 00E+00

1.00E+05

8 00E+04

9.00E+04

0.00E 00280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

0.00E+00280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

8.00E+04394396398400402404406408410

Binding Energy (eV)

2.00E+04C1s cae10

4200

4400N1s cae10

1.00E+04

1.50E+04un

ts /

s

3800

4000

unts

/ s原始谱

5.00E+03

Cou

3200

3400

3600Cou

0.00E+00280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

3000394396398400402404406408410

Binding Energy (eV)

C1s cae100 Proc

4.00E+05

5.00E+05C1s cae100

1.20E+05

1.30E+05N1s cae100

5.00E+05

6.00E+05

C1s cae100 Proc3 Scans, 500µm, CAE 100.0, 0.05 eV

3 00E+04

4.00E+04

N1s cae100_Proc10 Scans, 500µm, CAE 100.0, 0.05 eV

2.00E+05

3.00E+05

Cou

nts

/ s

1.00E+05

1.10E+05

Cou

nts

/ s2.00E+05

3.00E+05

4.00E+05

Cou

nts

/ s

1 00E+04

2.00E+04

3.00E+04

Cou

nts

/ sPSF处理谱

0 00E+00

1.00E+05

8 00E+04

9.00E+040.00E+00

1.00E+05

0.00E+00

1.00E+04C

0.00E+00280282284286288290292294296298

Binding Energy (eV)

8.00E+04394396398400402404406408410

Binding Energy (eV)

280282284286288290292294296298


Binding Energy (eV)

PSF应用：低含量元素的测量分析PSF应用：低含量元素的测量分析

表面修饰分子其它有机分子• Au表面修饰DNA分子及其它有机分子；

• 测量分子单层中的N、P等元素；测量分子单层中的N、P等元素；

• P含量很低，粗测Survey谱没有发现；

1.60E+06Survey

Survey

1.20E+06

1.40E+06

1.60E 06Au4f

O1s

6.00E+05

s S2pP2p

8.00E+05

1.00E+06

ount

s / s

C1s

N1s5.00E+05

Cou

nts

/ Si2p

4.00E+05

6.00E+05Co

Si2pS2pP2p4.00E+05

Analytic & testing Center, Beijing Normal Univer

Name Start Peak End Height FWHM Area (P) Area (N) Atomic Peak Q SF TXFN Backgn Title

0.00E+00

2.00E+05

020040060080010001200

6080100120140160180200

Binding Energy (eV)

BE BE BE CPS eV CPS.eV TPP-2M % Type ALTHERMO1

Au4f 92.580 84.258 78.580 1085058.675 2.701 5412966.9915 0.6227 13.298 Standard Y 20.735 5217.303 Smart Survey

O1s 537.080 532.735 527.080 367667.616 2.933 1210066.5328 1.2357 26.390 Standard Y 2.881 5684.679 Smart Survey

C1s 291.580 285.828 278.080 225197.351 3.994 947255.9956 2.4556 52.444 Standard Y 1.000 5412.686 Smart 0 Survey

全谱中低含量元素峰

Binding Energy (eV)N1s 407.580 400.168 394.580 35946.071 3.431 147604.2230 0.2411 5.149 Standard Y 1.676 5533.597 Smart Survey

S2p 174.080 163.127 159.580 12387.344 4.044 64076.3316 0.0838 1.790 Standard Y 1.881 5291.279 Smart Survey

P2p 139.000 134.244 129.449 7068.817 2.983 24212.7944 0.0435 0.929 Standard Y 1.353 5263.839 Smart Survey

全谱中低含量元素峰

测量含量更低的P元素

X射线辐照40mins后表面明显损伤X射线辐照40mins后，表面明显损伤

1.30E+05Compare-2 C1s

2.40E+05Compare-1 2 O1s

1.10E+05

1.20E+05

s

2.00E+05

2.20E+05

s

532.6286.4

8.00E+04

9.00E+04

1.00E+05

Cou

nts

/ s

1.60E+05

1.80E+05

Cou

nts

/ s

288

6.00E+04

7.00E+04

2802822842862882902922942962981.20E+05

1.40E+05

526528530532534536538540542544

Binding Energy (eV) Binding Energy (eV)

Red‐‐before X‐ray irradiation,Green– after X‐ray irradiation

降低XPS分析中辐照损伤效应降低XPS分析中辐照损伤效应

为了减少损伤应降低光功率减小收集• 为了减少损伤，应降低X光功率、减小收集谱时间，但此时低含量P等元素谱峰的信噪比水平降低。如何解决此矛盾？

解决办法低分辨率＋高灵敏度模式（即• 解决办法：低分辨率＋高灵敏度模式（即最大通能如100eV），对采集谱PSF处理得到高分辨谱到高分辨谱。

9.00E+04P2p Scan

P2p

5.60E+05P2p cae100 PSF30

CAE30eV 20tms

8.80E+04

8.90E+04

unts

/ s

P2p

5.50E+05

5.55E+05

unts

/ s

8.70E+04

Cou

5.40E+05

5.45E+05Cou

8.60E+04126128130132134136138140142144

Binding Energy (eV)

5.35E+05126128130132134136138140142144

Binding Energy (eV)

PSF处理

5.55E+05P2p cae100

5.55E+05P2p cae100 smGau psf30

CAE100eV 10tms

5.45E+05

5.50E+05

Cou

nts

/ s

5.45E+05

5.50E+05

unts

/ s

高斯滤波＋PSF处理

5.40E+05

C

5.40E+05

Co

5.35E+05126128130132134136138140142144

Binding Energy (eV)

5.35E+05126128130132134136138140142144

Binding Energy (eV)

Knowledge功能Knowledge功能

• 集结了各元素的谱（光电子谱及其伴峰，俄歇谱及其伴峰）详细信息，化学态信俄歇谱及其伴峰详细信息化学态信息，测量参数，实验技术，等等信息。

例如在分析分析化学态时与以往简单• 例如：在分析分析化学态时，与以往简单地对照谱峰位置信息相比，利用Knowledge对照分析谱图以很方便得到更丰富的对照分析谱图，可以很方便得到更丰富的信息。

峰形分析峰形分析----化学化学态分析态分析峰形分析峰形分析化学化学态分析态分析

纯 Si88.5 eVSiO2

72.5 eV Si 基底

单位

界面 B

计数

/ 任

意

界面 A

样品表面

65 70 75 80 85 90 95俄歇动能 / eV

不只是使用峰位比对进行化学态分析，利用参考谱峰进行峰形比对指认化学态

Chemical state Binding energy Zn2p3/2 / eVZn metal 1021.7ZnO 1021.3

Oxide charge referenced to adventitious C1s peak at 284.8eV

3.00E+05ZnLM2 0prtag

6.00E+04Compare-1 ZnLMM

1.00E+05

2.00E+05

Cou

nts

/ s

4.00E+04

5.00E+04

Cou

nts

/ s

0.00E+00975 980 985 990 995 1000 2.00E+04

3.00E+04

975 980 985 990 995 1000Kinetic Energy (eV)

975 980 985 990 995 1000

Kinetic Energy (eV)

损失峰特征

5.00E+05

6.00E+05

Zn2p Scan2 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

1 00E 05

1.20E+05

ZnLM2 Scan5 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

1021.7 498.4(988.2)

3.00E+05

4.00E+05

Cou

nts

/ s

6.00E+04

8.00E+04

1.00E+05

unts

/ s 495(991.6)

0 00E 00

1.00E+05

2.00E+05

C

2.00E+04

4.00E+04

Cou

Zn2p Scan

0.00E+0010201030104010501060

Binding Energy (eV)

0.00E+00490500510

Binding Energy (eV)

Scan 979eV REELS

1.40E+05

p2 Scans, 500µm, CAE 30.0, 0.05 eV

3.00E+04

20 Scans, CAE 5.0, 0.05 eVREELS

18.6

8 00E+04

1.00E+05

1.20E+05

Cou

nts

/ s

2.00E+04

Cou

nts

/ s

18.6

6.00E+04

8.00E+04

0.00E+00

1.00E+04

10201030104010501060

Binding Energy (eV)

960 970 980 990 1000

Kinetic Energy (eV)

1.40E+05


1.00E+05

1.20E+05un

ts /

s 18.6

6.00E+04

8.00E+04

Cou

ZnO粉体

10201030104010501060

Binding Energy (eV)

1.80E+05


1 40E+05

1.50E+05

1.60E+05

1.70E+05

nts

/ s

10表面经Ar离子溅射后的Zn片

1.10E+05

1.20E+05

1.30E+05

1.40E+05

Cou

n

1.10E 05

10201030104010501060

Binding Energy (eV)

这些图谱可以直接调入与采集的谱对比分析，用作模板进行NLS（NLLSF）等分析。

Chemical state Binding energy Cu2p3/2 / eVCu metal 932 6Cu metal 932.6Cu (I) oxide 932.7Cu (II) oxide 933.1

Cu (II) carbonate dihydroxide 934.8Cu (II) phthalocyanine 935.2

Experimental information•In presence of a significant magnesium concentration, collect Ca2s as well as Ca2p region.Interpretation of XPS spectraInterpretation of XPS spectra•In presence of magnesium, check for Ca2s to prevent misinterpreting Mg KLL as Ca2p.•There is only a small range of Ca 2p chemical shifts (<1eV) for typical compounds.

Limited use in determining chemistry.•Ca2p peak has clearly spaced spin‐orbit components (carbonate=3.5eV). •Satellite loss features are sometimes observed in the Ca2p region•Satellite loss features are sometimes observed in the Ca2p region.

Reasonably strong satellites are observed for CaCO3, for example, but only weak satellites for tribasic calcium phosphate.

General comments•Since calcium is a highly reactive metal, it is always present as a compound.•CaCO3 may degrade under prolonged X‐ray exposure, giving CaO+CO2.•Calcium compounds such as calcium oxide or hydroxide may have reacted with atmospheric CO2, forming carbonates.

非线性拟合NLS非线性拟合NLS非线性最小二乘法谱峰拟合（N Li L t• 非线性最小二乘法谱峰拟合（Non‐Linear Least Squares Fitting ，NLLSF或NLS），与线性最小二乘法拟合不同，NLS是调节参考谱（数目为所含组分个拟合不同是调节参考谱数目为所含分个数）的峰位置和强度，而不改变其形状（模板拟合），使得参考谱包络线与实际测量谱的方差最小小。

• NLS能很好地应用于拟合俄歇谱、伴随有Shake‐up峰的XPS谱（如一些过渡元素、稀土元素）、伴随有的谱（如些过渡元素、稀元素）、伴随有CK跃迁的谱，等等。

• NLS集成在Avantage中，对谱图分析很有益处。省去了用户使用第三方软件(如 CASA XPS)分析数据的了用户使用第三方软件(如：CASA XPS)分析数据的的麻烦。

俄歇谱峰拟合俄歇谱峰拟合

应用举例样品的拟合• NLS应用举例：样品Cu‐Ag的CuLMM拟合；

• 分析Cu价态时常使用CuLMM。Cu‐Ag样品中分析Cu价态时常使用CuLMM。Cu Ag样品中CuLMM峰受到Ag3p3干扰（Mono AlKa），采用NLS同时拟合CuLMM和光电子谱Ag3p采用NLS同时拟合CuLMM和光电子谱Ag3p。

NLS:CuLMM俄歇谱峰拟合界面

2 00E+05

2.20E+05CuLM2 131125-1

1.60E+05

1.80E+05

2.00E+05es

idua

ls ×

2)

CuO

1.00E+05

1.20E+05

1.40E+05

Cou

nts

/ s (

Re

6.00E+04

8.00E+04

906 908 910 912 914 916 918 920 922 924

Kinetic Energy (eV)

NLS:CuLMM俄歇谱峰拟合结果

1.20E+05

1.30E+05CuLM2 131128-1

CuLM2Ag3p3

1.60E+05CuLM2 131128-1

9 00E+04

1.00E+05

1.10E+05

ount

s / s

CuLM2

1.20E+05

1.40E+05

(Res

idua

ls ×

2)

Cu LM2Ag3p3

7.00E+04

8.00E+04

9.00E+04Co

8.00E+04

1.00E+05

Cou

nts

/ s

6.00E+04906 908 910 912 914 916 918 920 922 924

Kinetic Energy (eV)

6.00E+04906 908 910 912 914 916 918 920 922 924

Kinetic Energy (eV)

1.20E+05

1.40E+05

2)

CuLM2 131202-2

Cu LM2

1.10E+05

1.20E+05CuLM2 131202-2

8 00E+04

1.00E+05

s (R

esid

uals

× Cu LM2

Ag3p3

8.00E+04

9.00E+04

1.00E+05

Cou

nts

/ s

6.00E+04

8.00E+04

Cou

nts

/ s

5 00E 04

6.00E+04

7.00E+04

4.00E+04906 908 910 912 914 916 918 920 922 924

Kinetic Energy (eV)

5.00E+04562564566568570572574576578580

Binding Energy (eV)

非线性拟合Cu2p谱峰非线性拟合Cu2p谱峰

( )有复杂的 h k 峰（损失峰）通常• Cu(II)有复杂的Shake‐up峰（损失峰），通常的线性拟合程序难以拟合。可采用非线性拟合（）程序拟合在中报告拟合（NLS）程序拟合。在peaktable中报告定量结果，即NLS像LS一样可以对谱图进行定量分析定量分析

• NLS拟合所需标准或参考图谱可以调用用户拟合所需标准或参考图谱可以调用用户自己的图谱（例如：Ag3p, Cu2p, CuLMM, ZnLMM，……），也可以调用Knowledge提ZnLMM，……），也可以调用Knowledge提供的图谱。

4.00E+05

5.00E+05

dual

s ×

2)

Cu2p 131125-1

Cu2p CuO

3.00E+05

4.00E+05Cu2p Scan

Cu2p

2.00E+05

3.00E+05

Cou

nts

/ s (

Res

id Cu2p Cu2O

2.00E+05

Cou

nts

/ s

样品：CuO 中 Cu2O？

1.00E+05930940950960970

Binding Energy (eV)

2.50E+05Cu2p 131128-1

1.00E+05930940950960970

Binding Energy (eV)

2.20E+05Cu2p Scan

Cu2p

1.50E+05

2.00E+05

/ s

(Res

idua

ls ×

1)

Cu2p CuO

Cu2p Cu2O

1.40E+05

1.60E+05

1.80E+05

2.00E+05

Cou

nts

/ s

NLS拟合Cu(II)和Cu(I)

5.00E+04

1.00E+05

930940950960970

Cou

nts

Binding Energy (eV)

8.00E+04

1.00E+05

1.20E+05

930940950960970

C

( )

拟 ( ) ( )

Binding Energy (eV)

2.50E+05

3.00E+05

s ×

1)

Cu2p 131202-2

Cu2p CuO

Binding Energy (eV)

2.00E+05

2.50E+05Cu2p 131202-2

Cu2p

1 00E+05

1.50E+05

2.00E+05

Cou

nts

/ s (

Res

idua

ls

Cu2p Cu2O

1.00E+05

1.50E+05

Cou

nts

/ s

5.00E+04

1.00E+05

930940950960970C

Binding Energy (eV)

5.00E+04930940950960970

Binding Energy (eV)

结束结束

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