GB/T 25185-2010 表面化学分析 X射线光电子能谱 荷电控制和荷电校正方法的报告

ICS

71．040．40

G04

G雪

中华人民共和国国家标准

19318：2004

GB／T25185—2010／ISO

表面化学分析X射线光电子能谱

荷电控制和荷电校正方法的报告

Surfacechemical

analysis--X-rayphOtOelectrOnspectroscopy--

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(IS019318：2004，IDT)

2010-09-26发布

宰瞀鹃鬻瓣警辫瞥星发布中国国家标准化管理委员会“…

19318：2004

GB／T25185--2010／IS0

前言

本标准按照GB／T1．1—2009给出的规则超草。

本标准等同采用ISO

的报告》。

本标准由全国微束分析标准化技术委员会提出并归口。

本标准负责起草单位：北京师范大学分析测试中心。

本标准主要起草人：吴正龙。

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GB／T25185—2010／ISO

引言

x射线光电子能谱(XPS)广泛用于材料表面的表征。从测得的光电子谱中，得到样品表面各元素

内能级的结合能，对照元素结合能表鉴别样品中的不同元素(除氢和氦以外)。通常可从内能级结合能

相对于纯元素对应结合能的微小变化(一般介于0．1eV至10eV之间)获得被测元素化学态信息。测

eV。

量可靠的化学位移通常需要校准XPS仪器的结合能标，其不确定度尽可能小至0．1

由于绝缘样品表面荷电，在XPS测量时其表面电势往往发生变化，难以精确测定结合能以满足鉴

别元素或确定化学态的需要。解决此问题分两步迸行，第一步，采用实验方法减少表面荷电量(荷电控

制方法)；第二步，在采集XPS数据后，校正表面荷电效应(荷电校正法)。尽管在某些情况下表面电荷

积累使分析复杂化，但它还是能够用作获得有关样品信息的一种手段。

表面荷电量及其在样品表面的分布，以及它对于实验条件的依赖关系由多种因素决定，包括与样品

及XPS能谱仪特性相关的因素。荷电积累已经得到了充分研究，它是一种发生在样品表面和内部的三

维现象口’2]。荷电积累也可能发生在x射线辐照样品深度范围内的物相边界处或界面区域内。由于光

电子和二次电子、x射线或加热引起某些样品的挥发或化学变化，荷电量会随时间变化，这类样品可能

不会达到稳定的电位。

目前，还没有荷电控制或荷电校正的普遍适用的方法口“]。本标准规定了数据采集时荷电控制和

(或)数据分析时荷电校正方法所应提供的资料。附录A给出了有关荷电控制和荷电校正通用方法的

资料，在多数应用中均有效。在实际使用中，依据样品类型(如粉末，薄膜或厚样品)、仪器特性、样品尺

寸以及样品表面可能需要按特定步骤修饰的程度，来选择特定荷电控制方法。

本标准有可能应用于两个主要领域。第一，本标准对将要在XPS测试报告中包括的有关荷电控制

和(或)荷电校准方法的信息(如，从分析者到用户或出版物)加以区分，以评价、评估和重现绝缘材料的

数据，保证相似样品的测量具有可比性。第二，执行本标准将使其他分析者有信心地采用已发表的结合

能，使可靠的数据纳入XPS数据库。

Ⅱ

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Gn／T25185—2010／ISO

表面化学分析X射线光电子能谱

荷电控制和荷电校正方法的报告

1范围

本标准以最少量的资料描述了用x射线光电子能谱测量绝缘样品内能级结合能，及将在报告其分

析结果时所采用的荷电控制和荷电校正方法，也给出了在结合能测量过程中对于荷电控制和荷电校正

有用的方法资料。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注目期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

18115：2001，IDT)

GB／T22461--2008表面化学分析词汇(ISO

2257115472：2001，

GB／T2008表面化学分析x射线光电子能谱仪能量标尺的校准(ISO

IDT)

3术语和定义

22461--2008。

本标准中的术语和定义依照GB／T

4符号及缩略语

BE结合能，单位为eV；

BE。。校正后的结合能，单位为eV；

BE…测量结合能，单位为eV；

BE。‘参考结合能，单位为eV；

FWHM

光电子能谱中本底以上，一个谱峰最大值一半处的全宽度，单位为eV

XPSX射线光电子能谱；

△∞“校正能量值，加在测量的结合能上用于荷电校正，单位为eV。

5仪器

5．1A．2中所提到一种或多种荷电控制技术可用于大多数XPS谱仪。应该按照XPS仪器生产厂家

和其他文件规定的步骤操作XPS仪器。

5．2A．2中列举的有些技术需要特殊的装置，如：电子中和枪或金的热蒸发沉积源。

5．3某些样品安装步骤，如：将样品安装在细金属网下”1，能改进样品与样品台的电接触，或能减少表

面荷电量。ASTME1078和ASTME18290。3详细描述了这种以及其他减少静电的样品安装步骤。

1

GB／T25185—20lO／lSO19318：2004

6结合能标校准

在使用本标准前，需要用GB／T

结合能标。

7报告荷电控制相关信息

7．1荷电控制方法

A．2总结了多种控制表面电位和减少表面荷电的多种常用方法。对于彼此独立的样品或各组类

似样品，应报告下列关键性的样品和实验条件的信息。

7．2样品信息

7．2．1样品形态

应报告样品形态。样品的物理性质、来源、制备方法和结构会影响荷电特性嗍。

倒1：粉末；

倒2：旋涂在硅片上的薄膜；

例3：矿物样品。

7．2．2样品外形尺寸

样品的尺寸和形状对样品荷电程度有重要影响。样品形状应与样品的大约尺度或任何有关样品的

特征(如粒径)一起报告。

7．2．3样品安装方法

样品安装和样品与样品托的接触严重影响样品荷电…“。应报告安装样品的方法，包括有关用以

增加导电性或样品与地绝缘的特定方法的信息。

倒1：压人金属箔的粉末样品，再用胶带粘到样品托上。

例2：1mL含污染物的液体滴到硅村底上，并在分析前晾干。

例3：用特定类型的导电胶带将样品固定到样品托上。

例4：用金属螺丝将已锈蚀的样品固定在样品托上。

7．2．4分析前和分析时的样品处理

在XPS测试时，分析前和分析时的样品处理包括所有会影响样品荷电的物理和化学处理。

注：像这样的样品处理可能会改变表面组分，也可能会改变表面区域的导电性，从而改变表面区域的荷电。

7．3仪器和操作条件

仪器和操作条件包括XPS仪器的各种细节：x射线源；照射到样品表面上x射线柬斑的尺寸；分析

X射线源的夹角；是否使用磁透镜。

7．4荷电控制的一般方法

应说明荷电控制所用的仪器部件。

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例1：电子中和枪；

倒2：电子中和枪与离子枪的组合；

倒3：样品加热；

倒4：紫外光照射。

如果所用的部件不是该XPS仪器的标准配置，应提供有关制造商或有关设计特征方面的信息。

7．5需要荷电控制和选择荷电特定控制方法的理由

应报告需要荷电控制和选择某一种荷电控制方法的理由。

例1：对所提供的样品，样品的被分析部分与地绝缘。采用仪器中的标准配置电子中和枪提供的中和电子进行荷电

补偿。

例2：处理类似样品的经验表明，可能有差分荷电。为了得到高质量的谱，将这些样品完全与地绝缘。综合使用低

能电子流和低能离子流能得到分辨好的谱峰。

倒3：未经荷电控制的原始谱表现出峰位移动和谱线展宽。在样品上放置接地的细网格可解奂这些问题，且不会明

显出现来自网格材料的信号。此方法易于使用，且经常用于类似样品的测量中。

7．6实验参数值

应报告控制荷电的参数值，如中和枪设置参数。

cm。

例：对于中和枪，阴极电压为一5v(相对于仪器地)，发射电流为20mA，中和枪阴极距离样品为5

7．7有关荷电控制方法有效性的信息

应确定对所分析类型的荷电控制方法的合理性。在最小化荷电效应后及进行任何荷电校正前，测

实该方法能有效用于测量出正确的BE和FWHM，有必要在其他化学环境类似的样品中测出至少一个

光电子峰的FWHM与之比较，已知该样品是导电的，或者确信此荷电控制方法对该样品是有效的。

例：使用中和枪后，氧化态Si2p光电子峰的FWHM从2．4eV减小到1．6eV。此峰宽1．6eV与si上SiOz薄层的

测量值一致。

测量同一元素不同光电子峰间的能量间距，可提供在宽能量范围内控制荷电补偿的可行性。这种

测量适用于假定样品不存在化学态随深度变化或不存在第二种物相引起的复杂情况。

注：建议检查样品是否存在损伤，并记录结果。

8报告荷电校准方法及其校正值

8．1荷电校正方法

A．3中总结了多种常用荷电校正的方法。应报告下列关键的样品参数和实验参数。

8．2技术路线

存在荷电效应时尽量详细叙述校正所测结合能(峰位)的通用方法，使之能重现，并能证明其有

效性。

8．3能量校正值

应给出有关每一谱图的能量校正值(△～)以及如何测定该能量校正值的信息。并报告校正后的结

合能和参考能量值。

运用下列关系式确定能量校正值△一，它是所测量出的参考谱线结合能(BE一)与该结合能认可值

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GB／T25185--2010／IS019318：2004

或参考值(BE，一)之差，确定能量校正值：

△。。一BE“一BE。。…………(1)

然后，同一谱图上其他光电子峰校正后的结合能(BE。。)为该谱峰测量的结合能(BE一)与能量校正值

之和：

BE。。一BE。。+△。。…………(2)

洼：只有当荷电补偿正好消除差分荷电效应时，式(1)和(2)才适用。

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GB／T25185--2010／ISO

附录A

(资料性附录)

荷电控制和荷电校正方法的描述

A．1引言

这里描述的方法涉及荷电控制(努力控制表面荷电积累或使荷电效应减至最小)，见A．2；荷电校正

(尽管存在荷电积累，还应力图测定可靠的结合能)，见A．3；或者二者的结合，见A．4。对于荷电控制，

峰形是用于评估一种方法有效性的最重要的参数之一。另外，采用一种合适的荷电校准技术可分别校

正某个被测峰能量位置(即结合能)。当同时能观测到来自同一元素光电子峰和主俄歇峰时，可以

用A．5描述的俄歇参数或修改型俄歇参数提供化学态信息，而无需进行荷电校正。虽然XPS实验时荷

电积累常常是一种不希望出现的复杂情况，但是正如A．2．5．2和A．2．5．3中提到的那样，荷电积累也

可提供有关样品的重要信息。

对某一实验系统，表面和近表面荷电量与分布由多个因素决定，包括样品的组成、均匀性、体电导率

和表面电导率的大小、光电离截面、表面形貌、激发x射线的空间分布以及可提供的中和电子。荷电积

累发生在样品表面并进入材料体内“’2]。样品表面存在的颗粒或不同物相可能导致表面上电荷不均匀

分布，即差分荷电现象。荷电积累也可能发生在被x射线辐照样品体内的相边界处或界面处。由于电

子、x射线或热效应引起的化学和物理变化，部分样品的荷电量随时间而变化。

没有单一的方法