要获得高分辨谱图和减少 伴峰的干扰，可以采用射 线单色器来实现。即用球 面弯曲的石英晶体制成， 能够使来自X射线源的光 线产生衍射和“聚焦”， 从而去掉伴线和韧致辐射， 并降低能量宽度，提高谱 仪的分辨率。
双阳极X射线源示意图
1.1.2紫外光源
紫外光电子能谱仪中使用的 高强度单色紫外线源常用稀 有气体的放电共振灯提供。
1954年，瑞典皇家科学院院士、Uppsala(乌普萨拉) 大学 物理研究所所长K. Siegbahn(凯·西格巴恩) 教授研制出世 界上第一台Photoelectron Spectroscopy (XPS)。此后， 精确测定了元素周期表中各种原子的内层电子结合能。
但是，直到1960年代，人们在硫代硫酸钠的研究中 发现S原子周围化学环境的不同，会引起S内层电子 结合能（S2p）的显著差异后，才引起人们的广泛注 意。因为：原子内层结合能的变化可以提供分子结 构、原子价态方面的信息。 此后，XPS在材料研究的不同领域内得到了广泛的 应用。
多通道检测器是由多 个微型单通道电子倍 增器组合在一起而制 成的一种大面积检测 器，也称位敏检测器 （PSD）或多阵列检 测器。
1.4 真空系统
电子能谱仪的真空系统有两个基本功能。
1、使样品室和分析 器保持一定的真空 度，以便使样品发 射出来的电子的平 均自由程相对于谱 仪的内部尺寸足够 大，减少电子在运 动过程中同残留气 体分子发生碰撞而 损失信号强度。
UPS 光源的光子能量
气体
I (eV )
II (eV )
He
21.22
40.81
Ne
16.85
26.91
16.67
26.81
Ar
11.83
11.62
H
Ly m a n
10.20
UPS中的HeI气体放电灯示意图
1.1.3电子源
电子通常由金属的热发射过程得到。电子束具有可以聚 焦、偏转、对原子的电离效率高、简单易得等优点，在 电子能谱中，电子束主要用于俄歇电子能谱仪，因用电 子枪作激发源得到的俄歇电子谱强度较大。
样品受到X射线辐照后，发射出光电 子，被探测器收集后经过计算机处理， 得到该样品的XPS能谱图。
X射线能谱分析
历史沿革
1887年，海因里希·鲁道夫·赫兹发现了光电效应.
1905年，爱因斯坦解释了该现象。
1907年，P.D. Innes用伦琴管、亥姆霍兹线圈、电子能量分析仪和照像平版做实验 来记录宽带发射电子和速度的函数关系，他的实验记录了人类第一条X射线光电子 能谱。
1909年亨利·莫塞莱、罗林逊和罗宾逊等人则分别独立进行了多项实验，试图研 究这些宽带所包含的细节内容。
历史沿革
第二次世界大战后瑞典物理学家凯·西格巴恩研究小组在研发XPS设备中获得 了多项重大进，1967年之后的几年间，西格巴恩就XPS技术发表了一系列学术成 果，使XPS的应用被世人所公认。在与西格巴恩的合作下，美国惠普公司于1969 年制造了世界上首台商业单色X射线光电子能谱仪。1981年西格巴恩获得诺贝尔 物理学奖，以表彰他将XPS发展为一个重要分析技术所作出的杰出贡献。
电子 电子
一般认为，表层的信息深度为10 nm左右。 如果利用深度剖析技术如离子束溅射等， 可以对样品进行深度分析。
被测样品
常用的电子能谱技术有： X射线光电子能谱分析（XPS） 俄歇电子能谱分析（AES） 紫外光电子能谱分析（UPS）
等等。
1、X射线光电子能谱仪的基本构造
样品
光电子
能量 分析器
X射线源 AlK或MgK
半球形分析器示意图
筒镜形电子能量分析器
筒镜分析器示意图
1.3 检测器
检测器通常为单通道电子倍增器和多通道倍增器
光电子或俄歇电 倍增器 子流 10-13~10-9A
10-4 ~1A
通道电子倍增器是 一种采用连续倍增电极 表面（管状通道内壁涂 一层高阻抗材料的薄膜） 静电器件。内壁具有二 次发射性能。电子进入 器件后在通道内连续倍 增，增益可达 109 。
超高真空系统 优于10-9mbar
探测器
数据处理 系统
电子能谱仪主要由激发源、电子能量分析器、探测电子的监测器和真空系统等几个
1.1 激发源
电子能谱仪通常采用的激发源有三种：X射线源、真 空紫外灯和电子枪。商品谱仪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。
电子能谱常用激发源
X射线光电子能谱分析
电子能谱分析是一种研究物质表层元素组成与离子状态的表面分析技术。 其基本原理是利用单色射线照射样品，使样品中原子或者分子的电子受激 发射，然后测量这些电子的能量分布。 通过与已知元素的原子或者离子的不同壳层的电子的能量相比较，就可 以确定未知样品中原子或者离子的组成和状态。
X射线
气体
气 化
液体
冷 冻
固体
采用差分抽气的方法把气体 引进样品室直接进行测定
校正或消除样 品的荷电效应
块状：直接夹在或粘在样品托 上在样品托上；粉末：可以粘 在双面胶带上或压入铟箔（或 金属网）内，也可以压成片再 固定在样品托上。
电中和法、 内标法和外 标法
（1）真空加热； （2）氩离子刻蚀。
2.X射线光电子能谱分析的基本原理
2、降低活性残余气体的分压。 因在记录谱图所必需的时间 内，残留气体会吸附到样品 表面上，甚至有可能和样品 发生化学反应，从而影响电 子从样品表面上发射并产生 外来干扰谱线。
298K吸附一层气体分子所需时 间10-4Pa时为1秒；10-7Pa时 为1000秒
1.5 样品处理
电子能谱仪原则上可以分析固体、气体和液体样品。
激 发 源
能 量 范 围(eV)
线 宽(eV)
应 用 范 围
X射 线 (Al, M g 等 )
~ 1000
~0.8
内 层 和 价 层 电 子
紫 外 光 (He I, II 等 ) 电 子 枪
~ 2040 ~20005000
<0.01 <0.5
价电子 俄Байду номын сангаас歇 电 子
1.1.1Ｘ射线源
XPS中最常用的X射线 源主要由灯丝、栅极和 阳极靶构成。
常用于AES的一种电子枪
1.2 电子能量分析器
电子能量分析器其作用是探测样品发射出来的不同能量 电子的相对强度。它必须在高真空条件下工作即压力要 低于10-3帕，以便尽量减少电子与分析器中残余气体 分子碰撞的几率。
电子能量分析器
磁场式分析器 静电式分析器
半球形分析器 筒镜分析器
半球形电子能量分析器