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X-光电子能谱仪 (X-ray Photoelectron Spectroscopy 简称XPS)，又称化学分析用电子谱(ESCA)，是一种常规的表面表征手段，除了可表征材料的组成成分、各组成成分所处的化学状态，还可定量的表征每种化学状态的相对含量，使得XPS广泛地应用于材料研究的各个领域。
XPS基本原理
XPS利用X-射线照射样品表面，常用的X-射线源是Al-Kα射线单色源，能量为1486.6eV，激发原子内层能级电子跃迁，逃逸出样品表面，由于光电子携带样品的特征信息（元素信息、化学态信息等），通过测量逃逸电子的动能，就可以得知样品中的元素组成和化学态信息。
图1：光电子激发示意图 图2：典型光电子谱（Au）
XPS仪器设备
图3 PHI 5000 Versaprobe Ⅱ设备
在 ULVAC-PHI 最近期的 PHI 5000 Versaprobe 仪器上， Versaprobe 这个字, 本身就可拆成 Versa (多样的) 与 probe (束斑源)两个字， 其设计的原意也就如字面”多样束斑源”所表达, 仪器先是以X-射线光电子能谱为核心， 再预留了多个方位的端口以提供研究人员 选择加入各种的分析源。下图4、5就示意了 Versaprobe 所预留的各个端口的方位, 及各端口分别可加上的分析源的信息。之后本文将针对每一个标准或选项的分析源作出简单的图文解释。
图4 Versaprobe仪器上端口方位示意图
图5 各端口可加上的分析源.
除仪器标准配备的 Focus Scanning X-ray Source (聚焦扫瞄式X-射线源) ，Argon sputter ion gun (氩离子枪)与Low Energy Electron Neutralizer (低能量电子中和枪)之外， 还供研究人员可选择的包括有 Hot/Cold Stage (加热冷却样品台)，UHV sample preparation chambers (超高真空预抽与气体反应室)， Ar2500 GCIB团簇Ar离子枪，UV light source for UPS (紫外光光电子能谱)，Dual anode X-ray source (双阳极X-射线源) 与及 Electron gun for AES (电子枪以作俄歇电子能谱分析)。
以 ULVAC-PHI 专利设计的扫瞄式 X-射线, 让光电子能谱也可以作出有效率的微区分析。
图6 Versaprobe上聚焦扫瞄 X-射线的设置产生过程
* JP Patents P3752252, P3754696 (日本专利号码)
* US Patents 5,331,513; 5,444,242 (美国专利号码)
* EP Patents 0590308B1, 1170778A3, 1220280A3 (欧洲专利号码)
图7 利用扫瞄X-射线所产生的二次电子成像, 并对缺憾点作出微区分析得出来准确的XPS图谱结果. 样品为PET，并得出污染物为氟(F)。
氩离子枪的主要功用为样品清洁，深度(纵深)分析及样品中和等。
图8 Versaprobe上所使用的 FIG-5 型号离子枪， 后方气瓶为氩气 (Ar)
图9
在Ni/Cr薄模上, 执行Zalar纵深分析的结果，层结构随着氩离子枪的溅射一层一层都可以清楚的使用XPS分析出来。
低能量的电子枪 以接近漂浮的状态再配上低能量的氩离子同时进行样品的中和作用。
图10 ULVAC-PHI 所专利设计的双源中和系统.
* JP Patent P3616714 (日本专利号码)
* US Patent 5,990,476 (美国专利号码)
* EP Patent 0848247B1 (欧洲专利号码)
在Versaprobe上，还可以配上紫外光源。一般是使用高纯度氦气来产生， 紫外光源在打在样品上的时候， 同样会产生光电子，而且紫外光本身噪声比较低, 且所产生的光电子量也更多，可以应用在研究材料的价带结构 (Valence Band) 和 功函数 (Work Function)方面。
图11 紫外光产生组件图片
图12 标准金样品上的UPS图谱与功函数的计算
俄歇电子枪是
另一在Versaprobe上的选项装备。
图13 俄歇电子枪图片
图14在Versaprobe上对标准金(Au)，银(Ag) 和 铜(Cu) 所获得的俄歇图谱
XPS基本应用-定性与定量分析
B．E=hν-K.E-WF
B．E---键合能
hν---X光动能（1486.6eV）
K.E---特征光电子动能
WF---谱仪功函数
测定样品光电子的键合能；即通过采集样品表面全谱图，根据谱峰键合能所处的位置，来确定的样品的组成；以ULVAC-PHI的数据处理软件MultiPak为例，该软件集成了元素的键合能的标准谱库，具备元素自动识别功能，方便元素的定性分析。
图15a） 样品表面SXI图
图15 b）off stain成分谱 图15 c）on stain成分谱
图16 C1s精细谱
