X射线光电子光谱学

一、X射线光电子能谱的测量原理

X射线光电子能谱（X-ray photoelectron Spectroscopy，简称XPS）也就是化学分析用电子能谱（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis，简称ESCA），它是目前最广泛应用的表面分析方法之一，主要用于成分和化学态的分析。

用单色的X射线照射样品，具有一定能量的入射光子同样品原子相互作用，光致电离产生了光电子，这些光电子从产生之处输运到表面，然后克服逸出功而发射，这就是X射线光电子发射的三步过程。用能量分析器分析光电子的动能，得到的就是x射线光电子能谱。

根据测得的光电子动能可以确定表面存在什么元素以及该元素原子所处的化学状态，这就是x射线光电子谱的定性分析。根据具有某种能量的光电子数量，便可知道某种元素在表面的含量，这就是x射线光电子谱的定量分析。为什么得到的是表面信息呢？这是因为：光电子发射过程的后两步，与俄歇电子从产生处输运到表面然后克服逸出功而发射出去的过程是完全一样的，只有深度极浅范围内产生的光电子，才能够能量无损地输运到表面，用来进行分析的光电子能量范围与俄歇电子能量范围大致相同。所以和俄歇谱一样，从X射线光电子谱得到的也是表面的

一、X射线光电子能谱的测量原理

X射线光电子能谱（X-ray photoelectron Spectroscopy，简称XPS）也就是化学分析用电子能谱（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis，简称ESCA），它是目前最广泛应用的表面分析方法之一，主要用于成分和化学态的分析。

用单色的X射线照射样品，具有一定能量的入射光子同样品原子相互作用，光致电离产生了光电子，这些光电子从产生之处输运到表面，然后克服逸出功而发射，这就是X射线光电子发射的三步过程。用能量分析器分析光电子的动能，得到的就是x射线光电子能谱。

根据测得的光电子动能可以确定表面存在什么元素以及该元素原子所处的化学状态，这就是x射线光电子谱的定性分析。根据具有某种能量的光电子数量，便可知道某种元素在表面的含量，这就是x射线光电子谱的定量分析。为什么得到的是表面信息呢？这是因为：光电子发射过程的后两步，与俄歇电子从产生处输运到表面然后克服逸出功而发射出去的过程是完全一样的，只有深度极浅范围内产生的光电子，才能够能量无损地输运到表面，用来进行分析的光电子能量范围与俄歇电子能量范围大致相同。所以和俄歇谱一样，从X射线光电子谱得到的也是表面的

一、X射线光电子能谱的测量原理

X射线光电子能谱（X-ray photoelectron Spectroscopy，简称XPS）也就是化学分析用电子能谱（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis，简称ESCA），它是目前最广泛应用的表面分析方法之一，主要用于成分和化学态的分析。

用单色的X射线照射样品，具有一定能量的入射光子同样品原子相互作用，光致电离产生了光电子，这些光电子从产生之处输运到表面，然后克服逸出功而发射，这就是X射线光电子发射的三步过程。用能量分析器分析光电子的动能，得到的就是x射线光电子能谱。

根据测得的光电子动能可以确定表面存在什么元素以及该元素原子所处的化学状态，这就是x射线光电子谱的定性分析。根据具有某种能量的光电子数量，便可知道某种元素在表面的含量，这就是x射线光电子谱的定量分析。为什么得到的是表面信息呢？这是因为：光电子发射过程的后两步，与俄歇电子从产生处输运到表面然后克服逸出功而发射出去的过程是完全一样的，只有深度极浅范围内产生的光电子，才能够能量无损地输运到表面，用来进行分析的光电子能量范围与俄歇电子能量范围大致相同。所以和俄歇谱一样，从X射线光电子谱得到的也是表面的

X射线光电子能谱分析

固体表面分析业已发展为一种常用的仪器分析方法，特别是对于固体材料的分析和元素化学价态分析。目前常用的表面成分分析方法有：X射线光电子能谱（XPS）, 俄歇电子能谱(AES)，静态二次离子质谱(SIMS)和离子散射谱(ISS)。AES分析主要应用于物理方面的固体材料科学的研究，而XPS的应用面则广泛得多，更适合于化学领域的研究。SIMS和ISS由于定量效果较差，在常规表面分析中的应用相对较少。但近年随着飞行时间质谱（TOF-SIMS）的发展，使得质谱在表面分析上的应用也逐渐增加。本章主要介绍X射线光电子能谱的实验方法。

X射线光电子能谱（XPS）也被称作化学分析用电子能谱（ESCA）。该方法是在六十年代由瑞典科学家Kai Siegbahn教授发展起来的。由于在光电子能谱的理论和技术上的重大贡献，1981年，Kai Siegbahn获得了诺贝尔物理奖。三十多年的来，X射线光电子能谱无论在理论上和实验技术上都已获得了长足的发展。XPS已从刚开始主要用来对化学元素的定性分析，业已发展为表面元素定性、半定量分析及元素化学价态分析的重要手段。XPS的研究领域也不再局限于传统的化学分析，而扩展到现代迅猛发展的材料

X射线光电子能谱分析

固体表面分析业已发展为一种常用的仪器分析方法，特别是对于固体材料的分析和元素化学价态分析。目前常用的表面成分分析方法有：X射线光电子能谱（XPS）, 俄歇电子能谱(AES)，静态二次离子质谱(SIMS)和离子散射谱(ISS)。AES分析主要应用于物理方面的固体材料科学的研究，而XPS的应用面则广泛得多，更适合于化学领域的研究。SIMS和ISS由于定量效果较差，在常规表面分析中的应用相对较少。但近年随着飞行时间质谱（TOF-SIMS）的发展，使得质谱在表面分析上的应用也逐渐增加。本章主要介绍X射线光电子能谱的实验方法。

X射线光电子能谱（XPS）也被称作化学分析用电子能谱（ESCA）。该方法是在六十年代由瑞典科学家Kai Siegbahn教授发展起来的。由于在光电子能谱的理论和技术上的重大贡献，1981年，Kai Siegbahn获得了诺贝尔物理奖。三十多年的来，X射线光电子能谱无论在理论上和实验技术上都已获得了长足的发展。XPS已从刚开始主要用来对化学元素的定性分析，业已发展为表面元素定性、半定量分析及元素化学价态分析的重要手段。XPS的研究领域也不再局限于传统的化学分析，而扩展到现代迅猛发展的材料

摘要：随着科学的进步，光电子技术得到了蓬勃的发展。他不仅由多科学互相融合和互相渗透，而且在各个科学领域的应用也十分广泛，光电子技术指利用光子激发电子或电子跃迁产生光子的物理现象所能提供的手段和方法。本文主要研究了光电子技术的前世今生、发展历程、发展态势、重要应用以及光电子技术今后的发展应用和展望。通过本研究，我们可以更进一步地了解光电子技术的含义，熟悉光电子技术的发展历史、重要应用和所研究的方向、领域。 引言

随着社会科学的加速发展，光电子技术的应用越来越深入到社会生活的各个方面。今天，各种电子高科技产品太多源于光电子技术，可以说，没有光电子技术的加速发展就没有我们现在的美好生活。相信在以后的生活中，光电子技术会得到更普遍的应用，得到更多的人重视。自1960年世界第一台红宝石激光器的诞生起，光电技术的发展步伐明显加速，仪器、技术等更新频繁。 目前，人们都倾向认为光电子技术的发展历史应从1960年激光器的诞生算起。尽管其历史可追溯到19世纪70年代，但那时期到1960年，光学和电子学仍然是两门独立的学科，因而只能算作光电子学与光电子技术的孕育期。光电子技术是光学技术和电子学技术的融合，靠光子和电子的的共同行为来执行其功能，是世纪之交

第五章 光谱学实验

实验29 发射光谱定性分析和定量分析

定性分析

一、实验目的

1.了解摄谱仪及映谱仪的一般构造及使用方法。 2.掌握光谱定性分析的一般原理和方法。 3.学会查阅谱线并判别元素。 二、基本原理

当物质被热能或电能激发到不稳定状态时，会辐射能量并产生发射光谱。被激发的分子产生带状光谱，被激发的原子或离子产生线状光谱，线状光谱是发射光谱分析的基础。

线光谱中的各条谱线是元素的原子或离子的外层电子在两个能级间跃迁时产生的。根据辐射的量子理论

?E?E2?E1?h? (29.1)

可以决定任何一条谱线的波长?：

??c? (29.2)

由于各种元素的原子结构不同，故其发射光谱的谱线波长也各不相同，根据各元素所具有的特征谱线，即可判别相应元素存在与否。 元素光谱的复杂性及谱线出现的形式决定于它的原子结构。

一个元素可以有很多条谱线，其中最容易激发的谱线称为该元素的“灵敏线”或“最后线”。决定试祥中某元素存在与否，不必去检查该元素所有的谱线，只需根据几条灵敏线的出现与否即可作出判断。因为灵敏

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1. 光学发展的几个阶段 光的本性,波粒二像性, 光子的特性

答: 几何光学,波动光学,光子学, 光子具有极高的信息容量和效率,光子具有极快的响应能力,光子系统具有极强的互连能力与并行能力,光子具有极大的存储能力。 2. 了解平面波的表示形式及性质，了解球面波、发散波的特点 答： E?E0cos(?t?kz??0)描述了一个在无穷大均匀介质中沿z方向传播的单色的平面行波。

性质：Ｅ与Ｈ相互正交，且垂直波矢k。传输无发散，同一个波阵面上电场的幅度、相位、振动方向相同，波阵面为无限延展的平面，具有无限的能量（理想模型）。

球面波特点：由点源发出，振幅随传输距离的增加而减小，波阵面为球面，等相面随传输距离的增加而增大，任意一点的波矢垂直于的波阵面，且是发散的。发散波特点：有限大的波源，有限的能量，波阵面有一定的弯曲，但波矢始终与波阵面垂直。

3. 理解群速度的定义及物理意义和光波波前的传播方向的矢量表示、能量的传播方向的矢量表示

??，

答：群速度：波包的传输速度，能量或信息的传输速度。物理意义：v g??k光波波前的传播方向矢量表示：

能量的传播方向的矢量表示：

4. 理解描述反射和折射的菲涅尔公式的物理意义，掌握垂直入射情况下的反射率和透射率的

成都信息工程学院考试试卷

2011 ——2012 学年第1学期

课程名称：光电子技术 使用班级：电科2009级试卷形式：开卷 闭卷 √ ． 试题 系名____________班级____________姓名____________学号____________ 得分

一、填空题（30分，每小题3分）

1、光是一种以光速运动的光子流，光子和其它基本粒子一样，具有 、 和质量；其静止质量为 。

一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 密封线内不答题 2、激光与普通光源相比具有如下明显的特点： 。 3、光波在大气中传播时，由于 会引起光束的能量衰减；由于 会引起光波的振幅和相位起伏。

4、声波在声光晶体中传播会引起晶体中的质点