PHI CHINA 表面分析技术网络讲堂之光电子能谱专题（3）及第二课答疑

昨日（2月13日）15时开讲的“PHI CHINA表面分析技术网络讲堂之光电子能谱专题”第三课，主题为“光电子能谱的数据处理”，由PHI CHINA资深应用专家鲁德凤女士主讲，凭借着自己从业多年的经验，她和与会者分享了XPS图谱特点及如何利用MultiPak软件来进行数据处理。对于部分听众的在线提问，她也给予了耐心和细致的解答，使得听众们对于光电子能谱的数据处理的实际应用有了更具体而深刻的理解。

时至今日，PHI CHINA表面分析技术网络讲堂之光电子能谱专题已成功开讲了三课，分别是：光电子能谱相关的基本原理、谱仪结构、数据处理。最后一课“光电子能谱仪的实验技术”将于今日15时准时开讲。各位老师、同学可通过关注“PHI与高德”公众号，点击菜单栏下方的“资料中心—网络讲堂”进入直播间，关注“PHI-CHINA”主播，一同学习。

第二课答疑整理

问题1：单光源和双光源的区别？mu金属腔体作用？

单光源(X射线源)和双X射线源在XPS设备上，重要的差别是双X射线源可以在分析中提供到两种X射线源去进行XPS分析。在拥有两种不同的X射线能量时，可以在分析时快速切换以达到:

1、得到不同分析深度的XPS结果(例如在使用硬X射线Cr源时可以得到比Al源获得多3倍的深度讯息)

2、在图谱中避免俄歇峰的重叠问题。

Mu金属的使用是可以屏蔽环境中的变动磁场，避免对于在电子能谱实验时对电子动能的影响，当中特别是低动能的电子会受影响。

问题2：样品粗糙度有要求吗？

会有的。基本上粗糙度所引起的不平均性，会对样品在实验结果上的讯号强度造成影响(如下图)。如粗糙度越大，在讯号强度影响越大的情况下，将会对基于峰积分强度计算的结果也会影响。不过，对于所测出的元素或其化学态倒是不预期会有影响。

问题3：XPS需要超高真空的原因那张表可以再讲下？

如下图中：

不同的真空等级中包括:760Torr=大气,0.01Torr=低真空,E-5Torr=高真空,E-9=超高真空,E-12=极限真空。

比较项为：

How vacuum was attained:使用哪种真空泵或方法获得

Molecules/m3:每立方米中有多少分子(当然真空差的时候,数字越大)

Distance between molecules：在空间中分子间的距离(当然真空差的时候,距离越短)

Collisions/second:每秒分子之间或在空间中撞击次数(真空越差，撞击越多)

Mean free path between collision:平均自由路径在撞击后在真空中最大的移动距离(真空越好，移动距离越远)

Path(English unit): 英制距离单位(吋)

Molecules/second/cm2 striking surface:每秒每平方厘米在样品上的分子撞击次数(真空越差，撞击次数越多)

Time for one monolayer to form:在上一项因分子撞击下，在样品上形成额外一层单原子层所需的时间

Monolayer per second:因此每秒会在样品上形成的单原子层数量

在表面分析实验中，分析时间可以一分钟、十分钟̷̷到几十分钟或以小时算，因此，超高真空在实验过程的维持是非常重要。不然，在不足的真空之下，分析到的讯号就不会是真正从样品表面而来的。一般在真正实验中，E-8Torr很多时候是最低的真空要求。

INTERESTING FACTS ABOUT VACUUM

问题4：FRR的成像能量窗口比FAT大很多？

FRR在一般情况下的能量窗口是比较大的，但是FAT模式的能量窗口是可变的(透过改变通能)，所在也可以在设定中使能量窗口设成和FRR时的一样大。

对于FRR模式，无减速。进入的电子有自己的动能，分析仪会选择动能穿过中心路径，到达最终检出器。

问题5：两种能量分析模式没听懂，请完后再解释下

在报告中，我以“分析器中正在侦测的电子之速度”来区分FRR和FAT两种模式的差别。

FRR=分析器中正在侦测的电子之速度→在分析过程图谱中的不同动能时实际上在持续改变。

FAT=分析器中正在侦测的电子之速度→在分析过程图谱中的不同动能时实际上不变。

在电子能谱中,所测试的一直都是电子的动能,换句话说是速度。而在能谱中，讯号强度(灵敏度)和能量分辨率(分辨不同动能的能力)是在图谱中的两个最重要的参数。在报告中，提出了FRR模式可以提供高灵敏度但比较差的能量分辨；而FAT则是相反的，有着比较好的能量分辨但灵敏度略低。在应用中，FRR更多的会使用在俄歇分析中，而FAT则是会应用在XPS，原因完全是因为两种不同分析技术的原理，俄歇很多时候应用在纳米等级的分析(因此需要使用低电流获得小束斑，而低电流会使讯号偏低),而且本身俄歇在原理中，俄歇峰相对起来峰宽度就很大，因此FRR模式更适合用在俄歇分析的。就XPS来说，在光电效应下光电子的产额相对高，且XPS中对化学分析其中一个重要的差别是在化学位移(结合能变化)，所以FAT的模式会更适合其应用。而其工作原理，请参考下题的回复。

问题6：FAT如何实现光电子能量固定？电量怎么换算成动能？

在以下详细回答之前，简单的回答：FAT模式中使用了减速电压(Retard Voltage)的设计，达到了使进入分析时所侦测的电子动能/速度都是一样的。例子如下：

1、首先在减速之前，如报告中提到在X射线激发样品表面时，激发出的各种电子是四散的。这时候输入透镜会去吸引这些电子，因此会给予所有电子一个额外能量。举例来说，假设这初始电压为10eV。

2、在这之后，retard voltage减速电压开始工作如下：

（1）例如，我们希望所有电子以10eV的速度飞入分析器。

（2）分析器开始工作以获取光谱。它将“扫描”一定范围的能量。

（3）首先，它尝试检测原始为0eV KE的电子（现在从输入镜头获得

实为10eV），因此此时减速电压=0。

（4）如果步长eV/step是1eV/step，则下一个检测到的KE将是原始

为1eV的电子（现在在输入透镜之后为11eV）。所以那时减速电压=

-1。

（5）如此例推，当检测到KE=1000eV的电子时（在输入透镜之后为

1010eV），这个概念将继续,所以那时的减速电压=-1000。

（6）通过执行此过程，我们可以使进入分析器的所有电子都相同。

（7）另外，由于减速电压是“由软件提供的”，因此软件将分别知

道在每个给定的减速电压下的实际检测KE动能，从而最后给出XPS图

谱。

问题7：那静电吸附会影响光电子的能量分析准确性？

会的，因为这会影响到样品上的电荷平衡和逸出电子的动能。

问题8：图像选点和实际分析的点会不会存在漂移？

基本不会。在PHI设备上，成像影像和分析时候都是使用完全同一套光路系统，包括X射线分析器到检出器。

问题9：UPS的光斑多大，常用的参数设置一般有哪些？

从前设计～=1.5x3mm

最新PHI设计～=1x1mm

问题10：样品制备中不建议使用C导电胶带？两种3M导电胶的适用范围是？

一般样品可以使用导电碳胶带，但是对于样品中同时含有导电成分，又含有不导电成分，可能就会存在荷电不均匀，谱图会出现漂移，对于这类样品建议用完全绝缘的3M胶带。

问题11：压不压片、平整度会影响元素含量吗？

如果元素组分是混合均匀的，应该不会影响组分的比例。但是样品不平整，可能会影响信号质量。如果含有含量较少的元素，建议压片制样。

问题12：样品托角度改变了，双束中和效果会变化很大吗？

改变TOA，对中和效果影响不大的。

问题13：怎么保证离子溅射的区域和分析点区域是一个区域？如果区域不在一起是不是说明五轴样品台位置变了？

1、工程师对仪器调试时，会对电子枪和离子枪束斑位置进行调试，与X射线束斑位置是重合的。

2、跟样品台没有任何关系，就是离子枪和X-ray的合轴对中。

问题14：离子枪是用来溅射清理的还是用来中和的?感觉不需要正电荷中和吧？

1、中和加溅射，并不是全部情况都需要离子荷电中和的。

2、双束中和，正离子是中和样品表面分析区域以外的负电荷。

问题15：对于不导电曲面，是不是可能中和效果差了？中和时，离子束和电子束束斑可调吗？还是固定的？

中和时束斑固定的不可调。

问题16：您所说的曲面是指微球样品吗，直径一般是多少？

直径只有10mm的环；

这个尺寸应该足够大了，对于100um的光斑区域，可以认为是平面，中和也是没有问题的。

问题17：对于导电性未知的样品，在选点和测试时都建议打开双束中和的吧？

是的。