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第五章光电子能谱与俄歇电子能谱（红色的为选做，有下划线的为重点名词或术语或概念）1．名词、术语、概念：表面分析，光电离，（外）光电效应，光电子，俄歇效应，俄歇电子，电子能谱的化学位移，伴峰，X射线光电子能谱的谱峰分裂等。
2．用于表面分析的方法很多，其中电子能谱应用最广泛，而最常用的三种电子能谱是（）、（）和（）。
3．俄歇电子符号XYZ（如KL2L3）顺序表示( )、( )和( )。
4．光电子的动能与激发源的能量有关，因此激发源必需单色。
这种说法（）。
A．正确；B．错误5．俄歇电子的动能与激发源的能量无关，因此激发源无需单色。
这种说法（）。
A．正确；B．错误6．俄歇电子的动能只与样品元素组成及所处的化学状态有关，不随入射光子（或其他粒子）的能量而改变，故入射束不需单色。
这种说法（）。
A．正确；B．错误7．X射线光电子的动能只与样品元素组成有关，不随入射光子的能量而改变，故入射束不需单色。
这种说法（）。
A．正确；B．错误8．俄歇电子能谱和X射线光电子能谱均不能分析H和He。
这种说法（）。
A．正确；B．错误9．俄歇电子能谱和X射线光电子能谱都能分析元素周期表上的所有元素及其化学态。
这种说法（）。
A．正确；B．错误10．紫外光电子能谱不能用于固体表面元素的定性分析，也难于定量分析。
这种说法（）。
A．正确；B．错误11．固体表面元素的定性分析及定量分析，可以选择下列方法中的（）。
A．X射线光电子能谱（XPS）；B．紫外光电子能谱（UPS）；C．X射线衍射（XRD）；D．扫描探针显微镜（SPM）。
12．某聚合物的价带结构分析，优先选择下列方法中的（）。
A．俄歇电子能谱（AES）；B．紫外光电子能谱（UPS）；C．X射线衍射（XRD）；D．电子探针（EPMA）。
13．某半导体材料的表面能带结构测定，可以选择下列方法中的（）。
A．扫描电镜（SEM）；B．透射电镜（TEM）；C．X射线衍射（XRD）；D．紫外光电子能谱（UPS）。
第五章光电子能谱分析一、教学目的1. 了解常用表面分析方法特点及应用。
2. 掌握光电子能谱的基本原理。
3. 掌握光电子能谱实验技术，包括能谱仪的应用及样品测定中应注意的问题。
4. 了解和掌握光电子能谱的应用。
5. 了解俄歇电子能谱分析方法。
一、 教学方法面授二、 教学手段多媒体＋板书三、 学时分配6学时四、 重点、难点1.光电子能谱的基本原理。
2.光电子能谱应用技术。
五、 作业（思考题）1. 表面分析可以得到哪些信息？2. 表面分析方法有哪几种？3. 试述光电子能谱测量原理。
4. 光电子能谱分析表面的深度？5 光电子能谱仪的组成有那些？制样中要注意那些问题？第一节 概 述电子能谱是近十多年才发展起来的一种研究物质表面的性质和状态的新型物理方法。
这里所谓的表面是指固体最外层的l ～10个原子的表面层和吸附在它上面的原子、分子、离子或其他覆盖层，它的深度从小于1到几个nm ，或者包括采取剥离技术将表面层沿纵向深度暴露出新的表面。
用特殊的手段对这类表面进行分析已形成一门新兴的测试方法，即表面分析法表面分析法表面分析法，，它在理论上和实际应用上都有广泛的研究领域。
表面分析方法在无机非金属材料学科中的应用，例如：研究玻璃表面的刻蚀作用、水泥矿物硅酸钙的水化作用、陶瓷表面和界面、高温超导材料表面的作用等均有重要意义。
一、表面分析可以得到的信息表面分析是借助于各种表面分析仪，对物体 10 nrn 以内的表面层进行分析，可得到的信息有：（1）物质表面层（包括吸附层）的化学成分，除氢元素以外的元素都可以从表面分析法获得定性和定量的结果，而X 射线能谱分析一般只能分析到原子序数为11以上的元素（最好的仪器可以分析原子序数为4的Be 元素）。
定量分析也只能达到半定量程度。
（2）物质表面层元素所处的状态或与其他元素间的结合状态和结构，即元素所处的原子状态、价态、分子结构等信息。
（3）表面层物质的状态，如表面层的分子和吸附层分子状态、氧化态、腐蚀状态、表面反应生成物等。
紫外光电子能谱计算能带紫外光电子能谱计算能带（UV-PEC）是一种分析技术，可以通过测量物质中电子轨道能量-位置关系，来获取物理或化学性质的具体信息。
它可以为材料研究者提供极为有价值的相关信息，可以作为设计新材料的有效工具。
近年来，紫外光电子能谱计算能带技术已用于各种物质的研究，例如金属、硅和其它多种化合物。
紫外光电子能谱计算能带的主要步骤包括：测量、计算和分析。
在测量阶段，必须先用紫外光将被研究物质中的电子激发出来，以便测量它们的电子能谱。
接下来，在计算阶段，运用一系列方法，如拟合及Density Functional Theory（DFT），可以模拟实验数据，以计算出预期的轨道能量-位置关系。
最后，在分析阶段，可以对实验数据和计算结果进行比较，从而获取与物理或化学性质有关的信息。
紫外光电子能谱计算能带的应用非常广泛，可以用于复杂的材料结构分析。
它可以用于确定单个器件中材料的结构，以及确定其特性。
此外，它也可以用于对多层器件中不同材料之间的相互作用进行研究。
紫外光电子能谱计算能带还可以提供有关固体状态电子结构，磁性和化学吸收等特性的信息，可以开发新材料以及设计新型电子器件。
紫外光电子能谱计算能带技术也可以用于大规模表面特征分析，用于对复杂的表面结构模式进行分解和分析，以及研究各种固体表面的电子结构。
紫外光电子能谱计算能带技术还可以用于分子吸收分析，即研究分子吸收光谱，以确定其结构和电子状态的分布。
除此之外，紫外光电子能谱计算能带技术可以用于研究多层结构器件中的电子转移，以及设计新型多层器件。
它还可以用于电子器件，如存储器和芯片，以及有机薄膜器件的研究。
紫外光电子能谱计算能带技术具有许多优点，可以帮助材料研究者发现更多有关物质的重要信息。
特别是，它可以节省研究者的时间，而且还可以提供准确可靠的实验数据，为材料研发提供有力支撑。
综上所述，紫外光电子能谱计算能带是一种重要的技术，可以用于表面特征、分子吸收和电子器件等多个方面的研究，可以有效节省研究者的时间，为材料研发提供有力支撑。
紫外光电子能谱（UPS）的原理及应用光电子能谱技术自二十世纪六十年代迅速发展起来，并成为研究固体材料表面态的最重要和有效的分析技术之一，主要包括X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy，简称XPS）和紫外光电子能谱（Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy，简称UPS）两个分支体系。
Tunner 等人所发展的紫外光电子能谱，它的激发源在属于真空紫外能量范围，可以在高能量分辨率（10~20meV)水平上探测价层电子能级的亚结构和分子振动能级的精细结构，是研究材料价电子结构的有效方法。
1.紫外光电子能谱的测量原理UPS测量的基本原理与XPS相同，都是基于爱因斯坦光电定律。
对于自由分子和原子，遵循EK=hn-EB-Φsp，其中，hn为入射光子能量（已知值），EK为光电过程中发射的光电子的动能（测量值），EB为内层或价层束缚电子的结合能（计算值），Φsp 为谱仪的逸出功（已知值，通常在4eV左右）。
但是所用激发源的能量远远小于X光，因此，光激发电子仅来自于非常浅的样品表面（~10Å），反映的是原子费米能级附近的电子即价层电子相互作用的信息。
图1 光电子能谱测量原理图2.紫外光电子能谱的装置一般用于UPS测试的理想的激发源应能产生单色的辐射线且具有一定的强度，常采用惰性气体放电灯（如He共振灯），其在超高真空环境下（约10-8mbar）通过直流放电或微波放电使惰性气体电离，产生带有特征性的橘色的等离子体，主要包含HeI 共振线（波长为584Å，光子能量为21.22eV）和HeII共振线（波长为304Å，光子能量为40.8eV），其中，HeI线的单色性好（自然线宽约5meV），强度高，连续本底低，是目前常用的激发源。
图2 用于UPS的He共振线光子能量及强度3．紫外光电子能谱的分析方法紫外光电子能谱通过测量价层电子的能量分布从中获得有关价电子结构的各种信息，包括材料的价带谱、逸出功、VB/HOMO位置以及态密度分布等。
紫外光电子能谱（UPS）应用光电子能谱技术自二十世纪六十年代迅速发展起来，并成为研究固体材料表面态的最重要和有效的分析技术之一。
它的两个主要分支经过不断完善自成体系，一个是Siegbahn等人创立的X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy，简称XPS），其激发源（常用Al kα或Mg kα）属于软X射线能量范围，用于测量内层轨道电子的结合能，这些内层电子的能量具有高度特征性，因此可用作定性分析，获取元素的指纹信息。
不过，元素的结合能会因受所处环境的影响而产生“化学位移”，“化学位移”本身可以反映出化学态的信息，这是XPS的一个重要应用。
另一个是Tunner等人所发展的紫外光电子能谱（Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy，简称UPS），它的激发源（常用He I）属于真空紫外能量范围，可以在高能量分辨率（10~20meV）水平上探测价层电子能级的亚结构和分子振动能级的精细结构，是研究材料价电子结构的有效方法。
利用两种技术获取的信息既有相似的部分，也有独特之处。
因此在固体材料表面研究领域，两者互为补充。
UPS测量的基本原理与XPS相同，见图1，都是基于Einstein光电定律。
对于自由分子和原子，遵循E K=hν-E B-Φsp，其中，hν为入射光子能量（已知值），E K为光电过程中发射的光电子的动能（测量值），E B为内层或价层束缚电子的结合能（计算值），Φsp为谱仪的逸出功（已知值，通常在4eV左右）。
但是所用激发源的能量远远小于X光，因此，光激发电子仅来自于非常浅的样品表面（~10Å），反映的是原子费米能级附近的电子即价层电子相互作用的信息。
图 1. 光电子能谱测量原理图一般用于UPS 测试的理想的激发源应能产生单色的辐射线且具有一定的强度，常采用惰性气体放电灯（如He 共振灯），其在超高真空环境下（约10-8mbar ）通过直流放电或微波放电使惰性气体电离，产生带有特征性的橘色的等离子体，主要包含HeI 共振线（波长为584Å，光子能量为21.22eV ）和HeII 共振线（波长为304Å，光子能量为40.8eV ），见图2。
