1、第第4章章 电子能谱仪构造电子能谱仪构造1.电子能谱仪的一般构造电子能谱仪的一般构造2.超高真空系统超高真空系统(UHV)3.激发源激发源4.电子能量分析器与检测器电子能量分析器与检测器5.样品的制备和处理样品的制备和处理6.数据系统数据系统 7.常用附件（中和枪与离子枪）常用附件（中和枪与离子枪）4.1、电子能谱仪的一般构造、电子能谱仪的一般构造l电子能谱仪一般由超电子能谱仪一般由超高真空系统、激发源高真空系统、激发源（X X射线光源、射线光源、UVUV光源、光源、电子枪）、电子能量电子枪）、电子能量分析器、检测器和数分析器、检测器和数据系统，以及其它附据系统，以及其它附件等构成。件等构成。
2、l现以现以Thermo-VGThermo-VG公司生公司生产的产的ESCALAB 250ESCALAB 250高性高性能电子能谱仪为例，能电子能谱仪为例，说明其主要仪器结构。说明其主要仪器结构。电子能谱仪结构框图电子能谱仪结构框图电子能谱仪结构框图电子能谱仪结构框图(Instrumentation)4.2、超高真空系统、超高真空系统(UHV)l超高真空系统是进行现代表面分析及研究的主要部分。谱仪的光源超高真空系统是进行现代表面分析及研究的主要部分。谱仪的光源等激发源、样品室、分析室及探测器等都应安装在超高真空中。对等激发源、样品室、分析室及探测器等都应安装在超高真空中。对真空系统的要求是高的抽
3、速，真空度尽可能高，耐烘烤，无磁性，真空系统的要求是高的抽速，真空度尽可能高，耐烘烤，无磁性，无振动等。通常超高真空系统真空室由不锈钢材料制成，真空度优无振动等。通常超高真空系统真空室由不锈钢材料制成，真空度优于于510-10 mbar。现在所有商业电子能谱仪都工作在。现在所有商业电子能谱仪都工作在10-8 10-10 mbar的超高真空范围下。的超高真空范围下。l超高真空系统一般由多级组合泵来获得。超高真空系统一般由多级组合泵来获得。ESCALAB 250电子能谱电子能谱仪的真空系统主要靠磁浮涡轮分子泵来获得，其前级由机械泵维持，仪的真空系统主要靠磁浮涡轮分子泵来获得，其前级由机械泵维持，另
4、外在分析室还可加装一离子泵和钛升华泵，这样在样品分析室中另外在分析室还可加装一离子泵和钛升华泵，这样在样品分析室中真空度可优于真空度可优于110-10 mbar。 钛升华泵都常作为辅助泵以便快速钛升华泵都常作为辅助泵以便快速达到所需要的真空度。达到所需要的真空度。l超高真空室和相关的抽气管道等通常用不锈钢材料来制成，相互连超高真空室和相关的抽气管道等通常用不锈钢材料来制成，相互连接处使用具有刀口的法兰和铜垫圈来密封。样品分析室和能量分析接处使用具有刀口的法兰和铜垫圈来密封。样品分析室和能量分析器更用器更用Mu金属（高磁导率材料金属（高磁导率材料Ni77Fe16Cu5Cr2或或Mo2）制造。）制
5、造。4.2.1、超高真空的必要性、超高真空的必要性为什么必需要采用超高真空呢？为什么必需要采用超高真空呢？l首先，要分析的低能电子信号很容易被残余气体分子所散射，使得首先，要分析的低能电子信号很容易被残余气体分子所散射，使得谱的总信号减弱，所以必须要真空技术来减小残余气体分子的浓度，谱的总信号减弱，所以必须要真空技术来减小残余气体分子的浓度，只有在超高真空条件下，低能电子才能获得足够长的平均自由程，只有在超高真空条件下，低能电子才能获得足够长的平均自由程，而不被散射损失掉。而不被散射损失掉。l其次，更为重要的是超高真空环境是表面分析技术本身的表面灵敏其次，更为重要的是超高真空环境是表面分析技术
6、本身的表面灵敏性所必须的。在性所必须的。在10-6mbar高真空下，大约高真空下，大约1秒钟就会有一个单层的气秒钟就会有一个单层的气体吸附在固体表面，这与典型的谱图采集时间相比就太短了。显然体吸附在固体表面，这与典型的谱图采集时间相比就太短了。显然在分析过程中就需要超高真空环境来保持样品表面的清洁。在分析过程中就需要超高真空环境来保持样品表面的清洁。l表面灵敏分析技术对样品表面清洁度的要求比其它分析技术要高得表面灵敏分析技术对样品表面清洁度的要求比其它分析技术要高得多。对表面杂质来讲当前表面分析方法的检测限约为多。对表面杂质来讲当前表面分析方法的检测限约为0.1%单层，但单层，但有时很小的杂质
7、浓度也会引起可观的影响。因此清洁表面的制备和有时很小的杂质浓度也会引起可观的影响。因此清洁表面的制备和维持是十分必要的。表面分析需要在超高真空中维持是十分必要的。表面分析需要在超高真空中(UHV)进行，才能保进行，才能保证表面不会在分析过程中被污染。证表面不会在分析过程中被污染。l超高真空的性质：超高真空的性质：气压气压 p = 10-8 10-11 torr. 平均自由程平均自由程 = 104 107 m. 单层形单层形成时间成时间 t = 102 105 sWhy UHV for Surface Analysis?4.2.2、真空、真空(Vacuum)的产生的产生 Pumpp (torr)
8、Rotary vane/Mechanical 机械泵1000-10-3SorptionOF 吸附泵1000-10-3Oil vapor diffusion* 扩散泵10-3-10-10Turbomolecular*(OF) 分子泵10-3-10-10Sputter/IonOF 离子泵10-4-10-11Sublimation/GetterOF 升华泵10-8-10-11l 常用真空泵及其工作范围常用真空泵及其工作范围:* 需要前级真空泵 OF clean l 真空通常使用各种类型的真空泵及其组合来产生。真空通常使用各种类型的真空泵及其组合来产生。真空泵的工作范围真空泵的工作范围 Rotary
9、vane mechanical pumpDry mechanical pumpTi sublimation pumpIon pumpTurbomolecular pumpVapour jet (diffusion) pumpUltra high vacuumhigh vacuumRough vacuum10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 1 10+2Pressure (mbar)旋转式机械泵旋转式机械泵 (初级泵初级泵)l粗抽粗抽/前级真空泵前级真空泵(backing pump)l极限真空极限真空：1x10-3 mbarl去除真空室中的大量气体去除真空室中的大量气体
10、l保持高真空泵前级到可接受的压保持高真空泵前级到可接受的压力水平力水平 Operation (four stages):1.Induction2.Isolation3.Compression4.Exhaust分子泵分子泵(二级泵二级泵)l极限真空：极限真空： 5x10-10 mbarlOperates as an axial flow compressor - similar to a jet enginelFast pump down speedsRotorStatorRotorStatorOperation:Set of moving blades, separated by a set
11、of stationary blades, rotate at high speed (up to 60, 000 rev/min) Blade speeds approach molecule speeds Pumping due to the interaction of a molecule with a moving surfaceIncident molecule Molecule leaving surfaceMoving surface扩散泵扩散泵(二级泵二级泵)l极限真空：极限真空：5x10-10 mbarlHigh pumping speeds for all gaseslL
12、ow cost per unit pumping speedHeaterRising oil vapourOil vapour jetOperation:Hot oil vapour escapes from jet nozzlesVapour jet moves at supersonic speeds and impinges on the inside of the cooled outer wallGas molecules diffusing into the pump collide with the heavier oil vapour molecules and are pus
13、hed towards the exhaust of the pump离子泵离子泵l极限真空：极限真空：5x10-11 mbarl较长寿命较长寿命l无有机污染和震动无有机污染和震动Power supply(-)(+)Electron sourceCathodeAnode(-)(+)Operation:Electric discharge in electric and magnetic fieldsIon bombardment of the cathodeDeposition of chemically reactive Ti filmActive gases combine with fi
14、lm. Inert gases removed by ionisation钛升华泵钛升华泵 ( (三级泵三级泵) )l极限真空：极限真空：1x10-11 mbarl选择性抽气选择性抽气 不能抽氦、氬等惰性气体不能抽氦、氬等惰性气体l低压下有非常高的抽气速率低压下有非常高的抽气速率l有限寿命有限寿命HeN2H2OH2TiOperation:Relies on the sublimation of a Ti source onto a condenser surfaceResistance-heating titanium filamentsTitanium will evaporate onto
15、 the chamber wallsDeposited active film of the metal is then available to getterable gas molecules, such as oxygen, nitrogen, and water干泵干泵lScroll Pump:lRoughing or backing pumplDry - no oil in vacuum portion of pumplPrevents the backstreaming of oil and particulate contamination in to the systemMag
16、netically Levitated Turbo Pump:Ultra-high vacuum pumpOil free - uses sets of magnetic bearings as opposed to greased bearings found on conventional turbo pumpsLow maintenance - Increased lifetime and reliabiltyLow vibrationComparison and Summary of vacuum pumpsRough pumpsADVANTAGESTYPEDISADVANTAGESL
17、ow costRotary VaneBackstreams oilLong pump life timeUses synthetic oilLow ultimate pressureCan produce hazardous wasteCleanScrollPermeable to small gasesLow dry ultimate pressureClean applications onlyHigh/Ultra-high vacuum pumpsLow costDiffusionBackstreams oilNo moving partsNo pressure toleranceLow
18、 maintenanceRequires cold trapContinuous pumpingTurboMechanical bearingCleanVibrationHigh pressureCostCleanIonLow throughputNo moving partsNo pressure toleranceNeeds no attention!Finite lifetimeCleanMagnetic levitatedCostLow vibrationturboMechanical partsLow ultimate pressure真空泵组合（真空泵组合（Pump combina
19、tions）粗真空（粗真空（RV）高真空（高真空（HV）超高真空（超高真空（UHV）a.机械泵机械泵a.机械泵机械泵b.低温泵低温泵c.扩散泵扩散泵a.干泵干泵b.离子泵离子泵c.Ti 升华泵升华泵 b.干泵干泵a.干泵干泵b.低温泵低温泵a.机械泵机械泵b.分子涡轮泵分子涡轮泵c.离子泵离子泵d.Ti升华泵升华泵a.干泵干泵b.分子涡轮泵分子涡轮泵a.机械泵机械泵b.磁悬浮涡轮泵磁悬浮涡轮泵c.Ti升华泵升华泵4.2.3、真空的测量、真空的测量l常用真空计常用真空计(gauges)及其适用范围及其适用范围: Gaugep (torr)Capacitance manometerA10-5Pir
20、aniG102-10-3IonizationG10-3-10-11Mass spectrometerG10-4-10-14A absolute - simple, accurate G gas dependent - complex, low pressure Capacitor manometerPiraniThermocouplePenningIonizationPressure (mbar)100010-310-610-91l测量单位测量单位:Torr (USA)1 Torr133 Pambar (Europe)1 mbar = 100 PaPascal (ISO)Pirani真空计真空
21、计l适用范围适用范围: ATM - 10-5 mbarl坚固耐用坚固耐用l操作简单操作简单FilamentWheatstone bridgeOperation:Gauge head contains a heated fine wire filamentAt high pressure, gas molecules frequently collide with the filament taking heat away from the filamentAt reduced pressure, fewer molecules result in fewer collisions, less
22、heat is removed from the filament electrical resistance of wire changesChanging current is the measure of gas pressure电离真空计电离真空计(Ionization gauge)l适用范围：适用范围：10-3 - 10-11 mbarl精确度高（精确度高（Good accuracy）l易损坏（易损坏（Fragile）l可测到很低的气压可测到很低的气压FilamentGridCollectorOperation:A heated filament provides electrons
23、 for ionization thermonic emissionThe free electrons are drawn to the grid at positive voltageAny gas molecules are ionized by the free electronsIons produced by ionization are attracted towards a third electrode the collectorThe resulting ionization current formed is a measure of the gas density4.3
24、、激发源、激发源l电子能谱仪通常采用的激发源有三种：电子能谱仪通常采用的激发源有三种：X X射线源射线源、真空紫外灯真空紫外灯和和电子枪电子枪。商品谱仪。商品谱仪中将这些激发源组装在同一个样品室中，中将这些激发源组装在同一个样品室中，成为一个多种功能的综合能谱仪。成为一个多种功能的综合能谱仪。4.3. 1、X射线光源射线光源(1)、常规双阳极、常规双阳极X射线源射线源l在在XPS中用来产生中用来产生X射线的装置。射线的装置。X射线射线源主要由灯丝、阳极靶及滤窗组成。常用源主要由灯丝、阳极靶及滤窗组成。常用的有的有Mg/Al双阳极双阳极X射线源，其产生的射线源，其产生的X射射线特征辐射为：线特征
25、辐射为：Mg K h =1253.6eV E=0.7eVAl K h =1486.6eV E=0.85eVl采用双阳极提高了分析工作的灵活性为测采用双阳极提高了分析工作的灵活性为测试带来许多方便。试带来许多方便。X射线源前端的滤窗常射线源前端的滤窗常用铝箔或铍箔材料制成。滤窗可防止阴极用铝箔或铍箔材料制成。滤窗可防止阴极灯丝发射出的电子直接混入到能量分析器灯丝发射出的电子直接混入到能量分析器中而使谱线本底增高；防止由中而使谱线本底增高；防止由X射线源发射线源发射出的辐射而使样品加热；防止阳极产生射出的辐射而使样品加热；防止阳极产生的韧致辐射使信背比变差。此外，对样品的韧致辐射使信背比变差。此外
26、，对样品进行溅射时也可防止污染阳极表面。进行溅射时也可防止污染阳极表面。 表表3-1：不同：不同X射线源的能量及其线宽射线源的能量及其线宽 射射 线线能量能量(eV)FWHM(eV)射射 线线能量能量(eV)FWHM(eV)Y M132.30.47Mg K1253.60.7Zr M151.40.77Al K1486.60.85Nb M171.41.21Si K1739.51.0Mo M192.31.53Y L1922.61.5Ti L395.33.0Zr L2042.41.7Cr L572.83.0Ag L2984.42.6Ni L851.52.5Ti K4510.02.0Cu L929.73
27、.8Cr K5417.02.1Na K1041.00.4Cu K8048.02.6不同材料的阳极靶的能量与半高宽不同材料的阳极靶的能量与半高宽(FWHM)差异极大。靶材料的自然线宽差异极大。靶材料的自然线宽直接影响分辨率。直接影响分辨率。 (2)、单色化X射线源 lX射线的自然宽度对谱仪的分辨率影响很大，射线的自然宽度对谱仪的分辨率影响很大，为了提高谱仪的分辨率就要使为了提高谱仪的分辨率就要使X射线单色化，射线单色化，大大减小大大减小X射线的谱线宽度。射线的谱线宽度。 X X射线的单色射线的单色性越高，谱仪的能量分辨率也越高。性越高，谱仪的能量分辨率也越高。l利用利用表面椭球状弯曲的表面椭球状
28、弯曲的石英晶体的石英晶体的(1010)(1010)面面沿沿BraggBragg反射方向衍射后反射方向衍射后并聚焦的方式并聚焦的方式便可便可使使X X射线单色化。射线单色化。先进的微聚焦先进的微聚焦X-射线单色射线单色器还可以快速高灵敏地分析微小特征。器还可以快速高灵敏地分析微小特征。lESCALAB 250 使用使用双晶体微聚焦双晶体微聚焦X-射线单射线单色器色器，并使用了，并使用了LaB6电子枪提高单色化电子枪提高单色化XPS灵敏度，大大提高能量分辨率。此外还灵敏度，大大提高能量分辨率。此外还可以数字化控制改变可以数字化控制改变X束斑大小，实现高能束斑大小，实现高能量分辨率下的高灵敏度快速分
29、析。量分辨率下的高灵敏度快速分析。l 单色化后单色化后Al K 的的谱线半高宽减小到谱线半高宽减小到0.2eV石英晶体单色器石英晶体单色器l单色化单色化X射线线宽越窄，射线线宽越窄，XPS谱分辨越高，可得到更好谱分辨越高，可得到更好的化学态信息的化学态信息l去除去除X射线卫星峰和韧致辐射产生的连续背景射线卫星峰和韧致辐射产生的连续背景l可避免热辐射导致的损伤可避免热辐射导致的损伤l可将可将X射线聚焦成小束斑，可实现高灵敏度的小面积射线聚焦成小束斑，可实现高灵敏度的小面积XPS测量。测量。衍射级数X射线能量(eV)1AlKa1486.62AgLa2984.33TiKa4510.04.3.2、紫外
30、光源紫外光源l紫外光电子能谱仪中使用的紫外光电子能谱仪中使用的高强度单色紫外线源常用稀高强度单色紫外线源常用稀有气体的放电共振灯提供。有气体的放电共振灯提供。l常用氦气放电共振灯常用氦气放电共振灯He I h =21.2 eVHe II h =40.8 eVl紫外紫外灯灯l小束斑小束斑 (1.5 mm)l高光通量高光通量 (1.5 x 1012 光子光子/秒秒)l两极差分抽气两极差分抽气4.3.3、同步辐射光源、同步辐射光源l由同步辐射加速器产生，它是一种十分理想的激发光源，由同步辐射加速器产生，它是一种十分理想的激发光源，可提供能量连续可调可提供能量连续可调(10eV 10keV)的同步辐射
31、偏振光，的同步辐射偏振光，自然线宽仅自然线宽仅0.2eV，并且辐射强度高（高光通量），它，并且辐射强度高（高光通量），它填补了填补了X射线和紫外光的波段，对价带及内层能级的电射线和紫外光的波段，对价带及内层能级的电子都有效且性能优越。但专用的同步辐射加速器造价昂子都有效且性能优越。但专用的同步辐射加速器造价昂贵，不宜普及使用。贵，不宜普及使用。 4.3.4、电子源（枪）、电子源（枪）l作为俄歇电子能谱作为俄歇电子能谱(AES)激发源的电子枪，要求具有良好的空间激发源的电子枪，要求具有良好的空间分辨率和足够高的电子强度。现代顶级的俄歇电子能谱其空间分分辨率和足够高的电子强度。现代顶级的俄歇电子能
32、谱其空间分辨已辨已10nm。电子枪的关键部件是电子源和用于电子束聚焦、整。电子枪的关键部件是电子源和用于电子束聚焦、整形和扫描的透镜组件。电子源可用热电离发射或场发射。形和扫描的透镜组件。电子源可用热电离发射或场发射。l两种常用类型：热电离发射和场发射。两种常用类型：热电离发射和场发射。l热电离发射是基于在高温下金属中电子能量的玻耳兹曼分布，小部热电离发射是基于在高温下金属中电子能量的玻耳兹曼分布，小部分电子具有足够能量克服功函数而逸出。典型的热灯丝材料包括：分电子具有足够能量克服功函数而逸出。典型的热灯丝材料包括：W, W(Ir)或或LaB6 低功函数。低功函数。l场发射枪场发射枪(FEG)
33、：使用大电场梯度通过隧道效应发射电子，发射材料：使用大电场梯度通过隧道效应发射电子，发射材料做成针尖形状以达到最好的电子通量和束径。做成针尖形状以达到最好的电子通量和束径。l在此两种类型中都使用静电透镜来操纵电子束在此两种类型中都使用静电透镜来操纵电子束 吸出，准直，聚吸出，准直，聚焦和扫描焦和扫描(偏转板偏转板)。典型的。典型的W灯丝可达到灯丝可达到1 m 的最小束径；的最小束径；LaB6和和FEG可得到可得到20 nm 直径的最小束斑，但束能必须达到直径的最小束斑，但束能必须达到2030 keV。4.4、电子能量分析器与检测器、电子能量分析器与检测器l能量分析器用于在满足一定能量分辨率，角
34、分辨能量分析器用于在满足一定能量分辨率，角分辨率和灵敏度的要求下，析出某能量范围的电子，率和灵敏度的要求下，析出某能量范围的电子，测量样品表面出射的电子能量分布。它是电子能测量样品表面出射的电子能量分布。它是电子能谱仪的核心部件。分辨能力，灵敏度和传输性能谱仪的核心部件。分辨能力，灵敏度和传输性能是它的三个主要指标。是它的三个主要指标。l常用的静电偏转型分析器有半球扇型分析器常用的静电偏转型分析器有半球扇型分析器(CHA或或HSA)和筒镜型分析器和筒镜型分析器(CMA)两种。两种。l半球型分析器：多用在半球型分析器：多用在XPS、UPS系统及多功能系统系统及多功能系统l筒镜型分析器：多用在独立
35、筒镜型分析器：多用在独立AES系统系统4.4.1、半球扇型分析器、半球扇型分析器(HSA、CHA)l原理：对应于同心半球内外二面的电位差值，原理：对应于同心半球内外二面的电位差值，只允许一种能量的电子通过，连续改变二面间只允许一种能量的电子通过，连续改变二面间的电势差值，就可以对电子动能进行扫描，获的电势差值，就可以对电子动能进行扫描，获得电子强度与电子动能的关系得电子强度与电子动能的关系- - 即能谱图。即能谱图。 l优点：具有双聚焦特点，透过率和分辨率都很优点：具有双聚焦特点，透过率和分辨率都很高，加减速电场比较容易实现。高，加减速电场比较容易实现。l在电子收集端，可采用单通道和多通道电子
36、倍在电子收集端，可采用单通道和多通道电子倍增器，以提高分析速度。增器，以提高分析速度。半球扇型分析器半球扇型分析器(HSA、CHA) l半球面静电能量分析器由内外半球组半球面静电能量分析器由内外半球组成，半径分别为成，半径分别为R1和和R2，在两半球上，在两半球上加上负电位。当被测电子以能量加上负电位。当被测电子以能量E0进进入能量分析器的入口后，在两个同心入能量分析器的入口后，在两个同心球面上加控制电压后使电子偏转，在球面上加控制电压后使电子偏转，在出口处的检测器上聚焦。出口处的检测器上聚焦。l动能为动能为 E0 = V.q.H的电子将沿半径为的电子将沿半径为R0的圆形轨道行进。的圆形轨道行
37、进。H为几何常数为几何常数, 1/H = (R2 / R1 R1 / R2)由于由于R0, R1和和R2是固定的，改变是固定的，改变V1和和V2将可扫描沿半球平均路径运动的电将可扫描沿半球平均路径运动的电子的动能。子的动能。l半球面分析器由于球对称性，它有两半球面分析器由于球对称性，它有两维会聚作用，因而透射率和分辨率很维会聚作用，因而透射率和分辨率很高。高。l能量分辨率依赖于分析器几何参数和入射能量分辨率依赖于分析器几何参数和入射电子的角偏向。电子的角偏向。l这里这里w w为入口和出口狭缝的平均宽度，为入口和出口狭缝的平均宽度， 是引入电子的入射角。是引入电子的入射角。l虽然低通过能可改善分
38、辨率，但电子传输虽然低通过能可改善分辨率，但电子传输率在低能时会减小，并信噪比从而恶化。率在低能时会减小，并信噪比从而恶化。预减速透镜预减速透镜l为进一步提高分析器性能，常在为进一步提高分析器性能，常在分析器前加一多级预减速透镜。分析器前加一多级预减速透镜。l采用了预减速透镜后，谱仪有两采用了预减速透镜后，谱仪有两种不同的工作模式：固定分析器种不同的工作模式：固定分析器能量能量(CAE)和固定减速比和固定减速比(CRR)。lCAE模式固定分析器偏转聚焦电模式固定分析器偏转聚焦电压而扫描透镜电压，减速进入能压而扫描透镜电压，减速进入能量分析器的电子到一固定的动能，量分析器的电子到一固定的动能，称
39、为通过能称为通过能E0，所以它具有对全，所以它具有对全部能量范围有恒定的分辨率的优部能量范围有恒定的分辨率的优点。点。 4.4.2、筒镜型分析器、筒镜型分析器(CMA)lCMA较较CHA具有较大的传输率。传输具有较大的传输率。传输率定义为发射的与检测到的俄歇电子率定义为发射的与检测到的俄歇电子之比。由于俄歇峰通常比光电发射峰之比。由于俄歇峰通常比光电发射峰宽，因而并不需要高分辨分析器宽，因而并不需要高分辨分析器(CHA)，需要高的需要高的(角角)收集效率和较大传输率。收集效率和较大传输率。独立的俄歇能谱仪常用筒镜分析器独立的俄歇能谱仪常用筒镜分析器(Cylindrical Mirror Ana
40、lyzer)。l柱镜分析器特性：柱镜分析器特性：l大接收角（大接收角（2p p）,传输效率高传输效率高l通常包含集成电子枪通常包含集成电子枪l通过改变内外柱上的电位来进行扫描通过改变内外柱上的电位来进行扫描俄歇电子能量俄歇电子能量l一般一般CMA没有前减速装置使俄歇电子没有前减速装置使俄歇电子减速到固定能量，所以分析器分辨率减速到固定能量，所以分析器分辨率随电子动能而变。随电子动能而变。 4.4.3、检测器、检测器l由于电子能谱检测的电子流非常弱，一般在由于电子能谱检测的电子流非常弱，一般在10-11 10-8A，现在，现在商品仪器一般采用电子倍增器来测量电子的数目。电子倍增器商品仪器一般采用
41、电子倍增器来测量电子的数目。电子倍增器主要有两种类型：主要有两种类型： 通道电子倍增器通道电子倍增器(CEM)和多通道板和多通道板(MCP)。l通道电子倍增器由一端具有锥形收集开口另一端为金属阳极的通道电子倍增器由一端具有锥形收集开口另一端为金属阳极的螺旋形玻璃管构成，其内壁涂有高电子发射率的材料螺旋形玻璃管构成，其内壁涂有高电子发射率的材料(PbO-SiO2)，两端接有高电压。当一个电子打到锥形口内壁后，可发，两端接有高电压。当一个电子打到锥形口内壁后，可发射出更多的电子，并进一步被加速和发生更多的级联碰撞，最射出更多的电子，并进一步被加速和发生更多的级联碰撞，最后在阳极端得到一较大的电子脉
42、冲信号，可有后在阳极端得到一较大的电子脉冲信号，可有107 109倍的电子倍的电子增益。增益。l为提高数据采集能力，减少采集时间，近代谱仪越来越多地采为提高数据采集能力，减少采集时间，近代谱仪越来越多地采用单通道电子倍增器阵列来作为检测器。这些单通道电子倍增用单通道电子倍增器阵列来作为检测器。这些单通道电子倍增器沿能量色散方向排列，每一个都收集不同的能量，其输出最器沿能量色散方向排列，每一个都收集不同的能量，其输出最后由数据系统按能量移位后相加。后由数据系统按能量移位后相加。l多通道板检测器是由多个微型单通道电子倍增器组合在一起而多通道板检测器是由多个微型单通道电子倍增器组合在一起而制成的一种
43、大面积二维检测器，也称位敏检测器（制成的一种大面积二维检测器，也称位敏检测器（PSD）。多）。多通道板电子检测器常用于平行地采集二维数据场合。如以通道板电子检测器常用于平行地采集二维数据场合。如以X-Y阵列平行地采集光电子像，以阵列平行地采集光电子像，以X-能量阵列平行地采集线扫描谱，能量阵列平行地采集线扫描谱，以能量以能量-角度阵列平行地采集角分辨角度阵列平行地采集角分辨XPS谱。谱。 384.5.1、对样品的一般要求、对样品的一般要求：lUHV兼容性，样品稳定、不分解、兼容性，样品稳定、不分解、无挥发性无挥发性l样品无放射性、无剧毒性、无强磁性样品无放射性、无剧毒性、无强磁性l样品要充分干
44、燥样品要充分干燥l粉末样品要尽量细粉末样品要尽量细l薄片块状样品表面要平整薄片块状样品表面要平整4.5、样品的制备和处理、样品的制备和处理4.5.2、样品的保存和传递、样品的保存和传递l由于电子能谱的表面灵敏性，样品的污染和由于电子能谱的表面灵敏性，样品的污染和处理将严重影响测试结果可靠性。处理将严重影响测试结果可靠性。l在样品的保存和传递过程中应尽量避免样品在样品的保存和传递过程中应尽量避免样品表面被污染。在任何时候，对被分析样品的表面被污染。在任何时候，对被分析样品的表面都应尽量少地接触和处理。不可用手触表面都应尽量少地接触和处理。不可用手触摸样品表面。摸样品表面。l样品应保存在干燥容器中
45、，并避免其它挥发样品应保存在干燥容器中，并避免其它挥发物质及样品间的交叉污染。避免高温环境。物质及样品间的交叉污染。避免高温环境。l尽量制备新鲜样品进行测试。尽量制备新鲜样品进行测试。样品的保存和传递样品的保存和传递l样品传递过程中最好使用透明材料制成的包装。样品传递过程中最好使用透明材料制成的包装。l普通固体（薄膜）样品：用清洁的包装盒将样品固定（可使用双普通固体（薄膜）样品：用清洁的包装盒将样品固定（可使用双面胶）于盒底，样品的被测面不要接触盒壁或盒盖。盒子要有一面胶）于盒底，样品的被测面不要接触盒壁或盒盖。盒子要有一定的密封性，且包装过程，尽可能在清洁无尘环境中完成。定的密封性，且包装过
46、程，尽可能在清洁无尘环境中完成。l半导体晶片类固体样品：此类样品对表面要求比较高，对沾污、半导体晶片类固体样品：此类样品对表面要求比较高，对沾污、氧化敏感，应该尽可能采用真空封装或惰性气体保护。包装盒应氧化敏感，应该尽可能采用真空封装或惰性气体保护。包装盒应使用专用包装盒，以保护被测试面。使用专用包装盒，以保护被测试面。l普通粉末类样品：粉末样品无法控制被测面，这就对容器提出了普通粉末类样品：粉末样品无法控制被测面，这就对容器提出了较高的要求。容器要洁净，元素成分简单（纯聚乙烯材料的包装较高的要求。容器要洁净，元素成分简单（纯聚乙烯材料的包装袋或样品管）。在填装多种样品的时候要特别注意工具的使
47、用，袋或样品管）。在填装多种样品的时候要特别注意工具的使用，避免相互沾污。避免相互沾污。l催化剂类粉末样品：某些催化剂类样品对气非常敏感，并且容易催化剂类粉末样品：某些催化剂类样品对气非常敏感，并且容易吸附空气中的微尘，可以考虑真空封装和惰性气体保护。有些情吸附空气中的微尘，可以考虑真空封装和惰性气体保护。有些情况下，样品对空气敏感，而送样方不具备真空封装和气体保护条况下，样品对空气敏感，而送样方不具备真空封装和气体保护条件的情况下，还可以考虑液封的方法。液封一般使用纯酒精，前件的情况下，还可以考虑液封的方法。液封一般使用纯酒精，前提是样品与其不反应。提是样品与其不反应。414.5.3、样品安
48、装、样品安装(Mount)的一般方法的一般方法l粉末样品：压片或用双面胶带直接粘到样品台上粉末样品：压片或用双面胶带直接粘到样品台上（各有优缺点）。用量约（各有优缺点）。用量约1100 mg。l薄片或薄膜样品：尽可能薄（薄片或薄膜样品：尽可能薄（4 mm），尺寸大），尺寸大小小110 mm。对于体积较大的样品则需通过适当。对于体积较大的样品则需通过适当方法制备成合适大小的样品，固定在样品台上。方法制备成合适大小的样品，固定在样品台上。l纤维和丝带状样品：跨过一条空隙安装到样品台纤维和丝带状样品：跨过一条空隙安装到样品台上，以保证测试中不会检测到样品台本身信息。上，以保证测试中不会检测到样品台本
49、身信息。l液态样品：可涂敷在清洁金属片、硅片或玻璃片液态样品：可涂敷在清洁金属片、硅片或玻璃片上后，进行干燥预处理。上后，进行干燥预处理。42挥发性材料预处理挥发性材料预处理l对于含有挥发性物质的样品，在样品进入对于含有挥发性物质的样品，在样品进入真空系统前必须清除掉挥发性物质。真空系统前必须清除掉挥发性物质。l一般可以通过对样品加热或用溶剂清洗等一般可以通过对样品加热或用溶剂清洗等方法。方法。 l在处理样品时，应该保证样品中的成份不在处理样品时，应该保证样品中的成份不发生化学变化。发生化学变化。434.5.5、样品清洁表面制备方法、样品清洁表面制备方法一般情况下，合适的表面处理必须由实验来确
50、定，表面清洁一般情况下，合适的表面处理必须由实验来确定，表面清洁常常比随后进行的实验本身更耗时。除在样品的保存和传常常比随后进行的实验本身更耗时。除在样品的保存和传输过程中尽量避免污染外，在进入真空前可对某些样品进输过程中尽量避免污染外，在进入真空前可对某些样品进行化学刻蚀、机械抛光或电化学抛光、清洗等预处理，以行化学刻蚀、机械抛光或电化学抛光、清洗等预处理，以除去样品表面的污染及氧化变质层或保护层。样品进入真除去样品表面的污染及氧化变质层或保护层。样品进入真空室后通常有下列几种清洁表面制备方法：空室后通常有下列几种清洁表面制备方法：l超高真空中原位解理、断裂。脆性材料，尤其是半导体，超高真空
