电荷补偿技术
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绝缘样品表面的光电子发射引起正的静电荷(h+), 使样品出现一稳定的表面电势Vs,它对光电子逃离有束缚作用,使谱线发生位移,还会使谱峰展宽、畸变。
当用非单色化的X射线源激发光电发射时,在样品的附近有足够的低能电子提供,使其有效地中和样品,从而获得高质量的XPS谱图。当用单色X射线源时,在靠近样品附近不会产生这么大量的低能电子,所以无法中和样品上的荷电。事实上,由于单色器的X射线线宽比非单色的X射线窄的多,更需要有效的荷电补偿。荷电补偿在分析区域内也必须均匀,以防XPS谱峰展宽。
尽管如此,并不代表这对于XPS使用的X射线,使用非单色化的X射线要优于单色化的。使用单色化的X射线可以使谱线便窄,得到更多的化学信号信息;同时也可以除去X射线谱中干扰的部分,即X射线伴峰(卫星峰)和轫致辐射产生的连续背景。使用单色器可以将X射线聚焦成小束斑,即可以实现高灵敏度的小面积XPS(SAX)测量,或者可在同一个稳定性稍差的样品上进行多点测试。
所以对于荷电效应的补偿有时候显得非常重要。当必须进行荷电补偿时,正确的方法是给样品补偿低能电子(e-),但通常无法达到精确的电荷平衡,多余的电子在样品表面产生均匀的、大小已知的负电。然后在数据处理时,将峰移至正确的位置。此種技术可以将荷电差异或者不均匀荷电减到最小。但是难以用某一种方法彻底消除。用于荷电补偿的电子束应该是低能电子以避免损伤样品的表面,但必须有足够高的通量,以充分地补偿荷电。典型的电子能量小于5eV。
然而,在实际的XPS分析中,一般采用内标法进行校准,而非进行荷电效应补偿。最常用的方法是用真空系统中最常见的有机污染碳C 1s的电子结合能为284.6 eV进行校准,这种方法方便快捷。当然,对于有时候也可以采用稳定的化学元素Au, Pt, In, Ar等,通过在样品表面蒸镀Au或Pt等元素(BEAu4f7/2=84.0eV,BEPt4f7/2=71.1eV),用金和Pt来做荷电校正;或者有人将样品压入In片,用In来做校正;或者将Ar离子注入到样品表面,用Ar2p来做校正。所谓的校正,就是所有的元素以它为标准,比如碳元素C, 每个元素都要加上或减去碳C的信号峰移动的ev。
样品制备
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