X射線光電子能譜分析

X射線光電子能譜法（X-ray Photoelectron Spectrom-----XPS）在表面分析領域中是一種嶄新的方法。雖然用X射線照射固體材料並測量由此引起的電子動能的分佈早在本世紀初就有報道，但當時可達到的分辯率還不足以觀測到光電子能譜上的實際光峰。直到1958年，以Siegbahn為首的一個瑞典研究小組首次觀測到光峰現象，並發現此方法可以用來研究元素的種類及其化學狀態，故而取名“化學分析光電子能譜（Eletron Spectroscopy for Chemical Analysis-ESCA）。目前XPS和ESCA已公認為是同義詞而不再加以區別。

XPS的主要特點是它能在不太高的真空度下進行表面分析研究，這是其它方法都做不到的。當用電子束激發時，如用AES法，必須使用超高真空，以防止樣品上形成碳的沉積物而掩蓋被測表面。X射線比較柔和的特性使我們有可能在中等真空程度下對錶面觀察若干小時而不會影響測試結果。此外，化學位移效應也是XPS法不同於其它方法的另一特點，即採用直觀的化學認識即可解釋XPS中的化學位移，相比之下，在AES中解釋起來就困難的多。

1 基本原理

用X射線照射固體時，由於光電效應，原子的某一能級的電子被擊出物體之外，此電子稱為光電子。

如果X射線光子的能量為hν，電子在該能級上的結合能為Eb，射出固體後的動能為Ec，則它們之間的關係為： hν=Eb+Ec+Ws 式中Ws為功函式，它表示固體中的束縛電子除克服各別原子核對它的吸引外，還必須克服整個晶體對它的吸引才能逸出樣品表面，即電子逸出表面所做的功。上式可另表示為： Eb＝hν-Ec-Ws 可見，當入射X射線能量一定後，若測出功函式和電子的動能，即可求出電子的結合能。由於只有表面處的光電子才能從固體中逸出，因而測得的電子結合能必然反應了表面化學成份的情況。這正是光電子能譜儀的基本測試原理。