「X射线光电子能谱仪」的应用与优势

X射线光电子能谱仪主要由X射线源、样品室、真空系统、能量分析器、记录装置等组成。重点介绍一下真空系统、X射线源和能量分析器三部分。

1)真空系统

通常超高真空系统真空室由不锈钢材料制成,真空度优于10-8 mbar(1 mbar=100 Pa)超高真空一般由多级组合泵系统来获得。新型X射线光电子能谱仪普遍采用机械泵-涡轮分子泵-溅射离子泵或钛升华泵的三级真空泵系统来达到超高真空。

2)X射线源

用于产生具有一定能量的X射线的装置。当高能电子轰击阳极靶会产生特征X射线,其能量取决于阳极靶的原子内部的能级,此外还可能产生韧致辐射。XPS中所用的特征X射线因具有特征辐射,其线宽较窄,单色性好,所得信息准确。目前最常用的X射线源是Al或Mg双阳极X射线源的Kα1,2发射线。双阳极靶X射线激发源主要由灯丝、栅极和阳极靶组成,由X射线源内电子轰击Mg或Al靶产生X射线,如图8.1所示。

图8.1　双阳极靶X射线源(www.zuozong.com)

图8.2　半球型能量分析器

3)能量分析器

分析器由电子透镜系统、能量分析器和电子检测器组成。常用的静电偏转型分析器有球面偏转分析器(CHA)和筒镜分析器(CMA)两种。能量分析器是电子能谱仪的核心部件,其作用是测量样品表面出射的电子能量分布。它是XPS光电子能谱仪的核心部分。分析器分为磁场式和静电式两种,多采用静电式。常用的静电式分析器又可分为半球型和柱镜型两种。

半球型分析器由两个同心半球构成,半球两端各有一个狭缝,入口狭缝接收从样品表面发射出的光电子,出口狭缝连接探测器,其结构如图8.2所示。

半球型分析器工作时,内、外半球分别加上正、负电压,由入口狭缝进入分析器的光电子在电场作用下发生偏转,沿圆形轨道运动。当电压一定时,光电子运动轨道半径取决于光电子的能量。具有某种能量(如E2)的光电子以相同半径运动并在出口处的探测器上聚焦,而具有其他能量(如E1与E3)的光电子则不能聚焦在探测器上。如此连续改变扫描电压,则可依次使不同能量的光电子在探测器上聚焦,从而得到光电子的能量分布。