[电子标准]-SJT10714-1996.pdf

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1、L 90 备案号: 9 8 一1 9 9 7 中华 人 民 共 和 国 电子 行 业 标 准 S J / T 1 0 7 1 4 一1 9 9 6 e q v A S T M E 9 0 2 一8 8 检查X射线光电子能谱仪 工作特性的标准方法 S t a n d a r d p r a c t i c e f o r c h e c k i n g t h e o p e r a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f X -r a y p h o t o e l e c t r o n s p e c t r o m e t e r s 1 9

2、9 6 - 0 7 - 2 2 发布 1 9 9 6 - 1 1 - 0 1 实施 中华人民共和国电子工业部发布 前言 本标准等效采用美国材料试验协会标准 A S T M E 9 0 2 -8 9检查 X射线光电子能谱仪工 作特性的标准方法 。 在将A S T M E 9 0 2 -8 8转化为本标准时， 删去了一些非技术性的文字部分。 本标准的附录A是提示的附录。 本标准由电子工业部标准化研究所提出并归口。 本标准起草单位: 电子工业部第四十六研究所。 本标准主要起草人 : 任殿胜 、 严如岳、 华庆恒、 刘咏梅、 段曙光。 中 华 人 民 共 和 国 电 子 行 业 标 准 检查X射线光电

3、子能谱仪 工作特性的标准方法 S J / T 1 0 71 4 一 1 9 9 6l e p v AS T M E 9 0 2 -8 8 S t a n d a r d p r a c t i c e f o r c h e c k i n g t h e o p e r a t i o n c h a r a c t e r i s t ic s o f X一r a y p h o to e l e c t r o n s p e c t r o me t e r s 范围 1 . 1 本标准规定了X射线光电子能谱仪信背比、 分辨力、 短期电压稳定性、 传输特性及能量 坐标线性等工作特性的检

4、查过程。 1 . 2 本标准适用于能量通道为数字计数存储的谱仪。 1 . 3 本标准旨在对仪器制造厂商提出的校准步骤进行补充。不能作为不同仪器之间进行性 能比较的依据， 只能作为某一谱仪工作特性的自治性检查。 1 . 4 使用本标准可能涉及有害的操作、 设备及物质。但本标准没有说明所有相关的安全间 题。使用者在使用本标准前， 应该制定适当的安全与保健措施， 并决定本标准的应用范围。 2 特点及用途 2 . 1 本标准所确定的谱仪工作特性应在谱仪处于最佳工作状态时建立， 因而， 第5章中给出 的工作特性指标仅作为参考， 用户应根据实际的谱仪情况决定取舍或变更。 2 . 2 使用本标准对谱仪作定期

5、检查， 并将检查结果与该仪器先前在同一工作参数下测得的数 据进行比较， 如发现两者有明显的差别， 则表明谱仪需要校准。 2 . 3 使用本标准检查工作特性时， 仪器工作参数的设置应与仪器在日常分析时的典型工作参 数相同。本标准没有规定这些仪器工作参数的设置。 由使用者自己决定， 但不论何时使用本标 准， 都 应 使 用 相 同 的 参 数， 以 使 测 得 的 结 果 能 与 先 前 的 结 界 直 接 可 比 。 3 步骤 3 . 1 取一洁净的铜样品( 9 9 . 9 9 6 ) ， 为了得到平整光滑的表面， 最好用片状样品。样品面积应 大于谱仪的分析面积， 分析面积由X射线束斑尺寸和分析

6、器接收面积中的较小者确定。建议 用以下三种样品处理方法: a ) 在连续搅拌或超声波振荡下， 在 1 M的 H C 1 溶液中将样品腐蚀5 mi n 。然后用蒸馏水 洗净; b ) 用金属抛光法清洁样品; c ) 在氮气气氛中， 用6 0 0 #碳化硅研磨样品。在使用该方法时， 要特别注意处理工艺的 重复性。 3 . 1 . 1 样品处理方法的选择， 取决于样品尺寸、 处理难易及所具备的实验室条件。 中华人民共和国电子工业部 1 9 9 6 - 0 7 - 2 2批准1 9 9 6 - 1 1 - 0 1 实施 一1 一 S I / T 1 0 7 1 4 -1 9 9 6 3 . 1 . 2

7、 样品经过上述三种方法之一处理后， 用丙酮、 乙醇及类似溶剂将样品清洗干净。 3 . 2 将铜样品引人谱仪， 并使其处于正常的分析位置。样品与样品台应保持良好的电接触， 将通道或狭缝宽度置于典型的分析值。所有谱图的数据采集至少应在每电子伏特 1 0 个数据 通道的条件下进行。 3 . 3 用溅射法清洁样品表面， 直到扣除痛底后的CI S 和 C I S 信号强度小于或等于扣除背底后 C u 3 p 信号高度的1 0 %为 止。 如果不具备 溅射 条件， O l s 和C I S 信号的强度会超过C u 3 p 信号 的1 0 %， 此时， 应将Ol s 和 C I S 信号强度记录下来。 3

8、. 4 在9 6 2 e V - 9 2 2 e V之间记录C u 2 p 双峰， 扫描次数要足够， 使峰顶处计数至 少达1 0 0 0 0 . 3 . 5 在8 6 e V - 6 6 e V之间 记录C u 3 p 双峰， 扫描次数要足够， 使峰 顶处计数 至少达5 0 0 0 0 3 . 6 在3 3 7 . 5 e V - 3 3 2 . 5 e V之间( M g X 一 射线) 或在5 7 0 . 5 e V - 5 6 5 . 5 e V之间( A 1 X一 射线) 记录C U L 3 M 4 5 呱5 俄歇峰的顶部， 扫描次数要足 够， 使峰顶处计 数至少达1 0 0 0 0 .

9、 数据处理 4 . 1 画出3 . 4到3 . 6中测得的谱图。 4 . 1 . 1 画出 结合 能在9 3 8 e V - 9 2 8 e V的C u 2 P 3 / 2 谱线。 4 . 1 . 2 画出 结合 能在9 3 5 e V - 9 3 0 e V的C u 2 p i ro 谱线。 注: 对一些仪器 如其最小的扫描步长大于5 c v. 要用仪器容许的最小扫描步长进行扫描。 4 . 1 . 3 画出 结合 能在7 7 . 5 e V - 7 2 . 5 e V的C u 3 P V 2 谱线。 4 . 2 画出3 . 5 和4 . 1 . 1 中谱图的线 性背 底， 并作为基线， 如图

10、1 所示。定义谱线与基线的两 个交点为端点， 此两端点分别位于峰顶两侧， 记录这两端点对应的结合能数值。当日后使用本 标准在相同的 谱仪工作参 数下 重复该项检查时， 应使用相同的端点。测量3 . 5 和4 . 1 . 1 谱图 中位于基线上方及相应的两端点之间的峰面积。测量这两谱图的峰高( H) 及背底高度( B) 以 及如 4 . 1 . 1 所述谱图的半高宽( F WH M) ( 如图1 所示) 。 注: 有些数据处理软件在采集数据或绘图时 会自动扣除背底。此时， 应确保背底没有改变。对某一特定 仪器， 其背底的处理方式， 可通过与软件制作者联系来获得. 也可通过在相同能量范围内相同仪器

11、工 作参数下， 对计算机获得数据与棋拟数据进行比较来间接获得。 4 . 2 . 1如果用计算机测量峰面积， 线性背底及 端点应按图1 所示方式选取。如果不能选取线 性背底， 也可用选取其它的背底形状( 如积分背底) ， 但这可能会改变峰面积的测量值。无论选 择何种背底 形状. 当使用本标准再对 谱仪工作特性 进行检查时， 均应采用相同的背底形 状及端 点。 4 . 3 在3 . 4 , 3 . 6 , 4 . 1 . 2 和4 . 1 . 3 平滑或未平滑谱线上画水平线， 与谱线相交形成平行线段 组， 连接每一线段的中点， 所形成的曲线与谱线相交， 如图2 所示。 S .I / T 1 0 7

12、 1 4 -1 9 9 6 9 3 8 9 3 69 3 4 9 3 2 结合能( e V) 9 3 09 2 8 一 COP 八门 1/、3. 5借 线j 8 2 7 8 74 结合能( e V) 7 0 6 6 注: 本图中的谱线是按3 . 4 , 3 . 5及4 . 1所述的过程获得的， 用来说明4 . 2所述的数据处理方法。 图 1 谱线 C u 3 p 3 p 3 / 2 峰位 声白胜t, 3 p 1 / 2 4. 1.8谱线 匕 _ _ 7 7 7 6 7 5 -一.-J 7 4 7 3 结合能( , V) 注 本图用来说明4 . 3 条所述的数据处理方法。 图 2 水平线 5 数

13、据分析 5 . 1 从 4 . 1 . 1 和 4 . 2中， 有: I H ( 2 1 3 n) _ H ( 2 1 “3 / 2 ) ( c / m m ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( s / s c ) ( n o . s c ) ( 1 ) 或 S J / T 1 0 7 1 4 - 1 9 9 6 I H ( 2 p 3 / 2 ) = H( 2 p 3 / 2 ) ( c / mm) ( s / c h ) ( n o. c h ) ( n o . s c ) ( 2 ) 式中: H扣除背底后的峰高, mm;

14、I H 以 计数率表示的峰高， c / S ; 一计数， C ; 时间， S ; c h 一通道 ; s c -扫描 ; n o 数量。 这一谱线强度与人射 X一 射线通量和采集数据速度有关。 5 . 2 由4 . 1 . 1 中的C u 2 p d 2 谱线及4 . 2 处 理的 数据确定信背比: 信背比= ( H 2 p , / 2 ) / ( B 2 p , / 2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 3 ) 式中: B 背底高度，

15、mm; H扣除背底后的峰高， mm a 许多仪器使用常规 X一 射线源， 该比值在4 . 0 -5 . 0之间。装有单色 X一射线源的仪器， 信背比值会更高。比值小， 表示测量到了杂散电子， 或检测器的计数速度不够高。对研磨过的 样品， 由于表面粗糙及表面沾污较大， 信背比会不同程度地降低。 5 . 3 按4 . 2所述， 以电子伏特为单位， 确定 4 . 1 . 1中谱图的峰宽。这一指标可以用来衡量仪 器的分辨力， 同时由于电源电压的波动会影响所检测的电子的动能. 故此项指标也可用来检查 谱仪抗短期电源波动的能力。 5 . 4 在4 . 2处理过的谱图上测出峰面积及扣除背底后的峰强度， 则传

16、输特性为: I A ( 3 p )_ A 3 p ( C / m m ) 3 p ( e V / s c ) 3 , ( s / s c z p 3 / 2 ( n 0 . S C ) 2 p 3 / 2 ( m I A ( 2 r 3 / 2 一 A 2 p 3 / 2 ( C / m m ) 2 p 3 / 2 ( e V / S C ) 2 F 3 / 2 ( S / S C ) 3 V ( n o . S c ) 3 P ( m / S C ) 2 p 3 / 2 MM / 9 03 ( 4 ) I A ( 3 p ) I A ( 2 p 3 / 2 )A 3 p( C / m m )

17、 3p ( e V / SC )3 , ( S/ SC )2 p3/ 2( n o . SC )2 p3/ 2 ( n o . c h / s c ) 2 v3/ 2A 2 .3/ 2 ( C / m m ) 2, 3/2 ( e V / m m ) 2p3 /2 ( S / S C ) 3p ( n o . S C ) 3 p( n o . C h / S C ) 3p 式中: A-峰面积， m m2 ; I A 扣除背底后的峰强度， C . e V / s o 5 . 4 . 1 也可以 用其它 方法获得峰面积比， I A ( 3 p ) / I A ( 2 p d 2 ) ， 常用的计算

18、机算法利用梯形规 则， 当两端点强度为零时， 可导出下列方程: I A =O X艺S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 6 ) . 声胜 式中: A X 相邻通道之间的步长， e V; n 通道数; Si通道 2 中峰高， C / S a 无论选用何种方法， 一旦选定， 不应再改变， 因为不同的方法会得出不同的结果。 5 . 4 . 2 对传输特性与动能 成反比的 仪器， 在几 种仪器上测得的I A ( 3 p ) / I A ( 2 P e / z ) 值约为0 . 1 .

19、对研磨过的样品， 该值可能会更高。对传输特性与动能成正比的仪器， 比值会更高， 约为 1 . 0 . 5 . 5 从3 . 4 和4 . 3 中测定C u 2 p 双峰的间隔 ， 该值应 该为1 9 . 8 e V 。这 将测试扫描电 压的标尺 幅度 。 一4 S J / T 1 0 71 4 -1 9 9 6 注 该测试可能不适用于一些装有单色器的仪器， 因其只能显示部分谱图。因而建议用清洁的金样品在 9 0 e V-8 0 e v之间扫描。A u 4 f 双蜂的间隔应为3 . 6 8 e V , 5 . 6 以结合能记录4 . 3中峰的位置。这将表征仪器在宽范围内的扫描精度。表 1 列出了

20、最 近高 精确 测量的 铜的谱峰位置。在报导结合能数据时. 应给出用于校正仪器的结合能 数值。 这将会使得将来一 旦有相应的标准 结合 能数值发表， 可以很方便地将报导的数据转换为标准 值。 表 1用于检杳结 合能标尺的铜峰位置 ( 铜 样品经过溅 射)e V 峰别靶 结合能数值 文献 1文献 2文献 3文献 4 C u 2 p 3 / 2 9 3 2. 6 6士 0 . 0 6 9 3 2. 6 7士0. 0 2 9 3 2. 6 8 土0. 0 7 9 3 2. 7 1士0. 0 2 Cu L 3 M4 , 5 M4 , 5 AI5 6 7. 9 7土 0 . 0 4 5 6 7. 9 7

21、士 0 . 0 2 Mg3 3 4. 9 5士0 . 01 3 3 4. 9 9士 0. 0 2 C u 3 p 3 / 2 A l7 5. 1 4士0. 0 2 Mg 7 5. 1 3土0. 0 2 注 表中的误差为随机误差与系统误差之和。 结论 6 . 1 本标准测得的大多数数值， 反映的是某台仪器的特性， 作为表征谱仪工作的重复性指标。 还给出了少数作为期望值的数据。但是没有提供电源电压检测和特殊的测试， 这些项 目可由 仪器制造商提供。 6 . 2 这些测试只用一种样品， 与用两种样品检查谱仪的方法相比较， 具有不需精确控制两样 品 装样 位置及处理方法的优点。如果还希望用A u 4

22、f 7 / 2 检查仪器特性时 ， 必须强调指出， 两种 样品安放位置的重复性是影响铜峰和金峰相对结合能的重要因素( 对铜和其它材料的样品， 要 求相同 ) 。用A 1 X 一 射线 源时， 文献( 1 ) 和文献( 2 ) 报道的A u 4 f 7 / 2 的 结合能数值均为8 3 . 9 8 士 0 . 0 2 e V; 用 M g X一射线源时， 文献( 2 ) , ( 3 ) 和文献( 4 ) 报道的值分别为 8 4 . 0 0 1 0 . 0 1 e V, 8 4 . 2 8 士 0 . 0 7 e V和8 4 . 0 1 士 O . O l e v 。文献( 3 ) 中的A u 4

23、 f 7 / 2 结合能 值明显比 其它文献的要 大。 S J / T 1 0 7 1 4 -1 9 9 6 附录 A ( 提示的附录) 参考文献 1 . B ir d , R . J . ， a n d S w i f t , P . ， “ E n e r g y C a l ib r a t io n i n E l e c t ro n S p e c t r o s c o p y a n d t h e R e一 D e t e r m i n a t io n o f S o m e R e f e r e n c e E l e c t r o n B i n d i n g

24、E n e r g i e s , “ J o u r n a l o f E l e c t r o n S p e c t r o s c o p y a n d R e l a t e d P h e n o me n a , V o l 2 1 , 1 9 8 0 p p . 2 2 7 一2 4 0 2 . A n t h o n y M. T. ， a n d S e a h , M. P . ， “ X P S : E n e r g y C a l i b r a t i o n o f E le c t r o n S p e c t rom e t e r s , “ S

25、u r f a c e a n d I n t e r f a c e A n a l y s is V o l 6 , N o . 3 , 1 9 8 4 , p p . 9 5 一 1 0 6 . 3 . A n d e r s o n , C . R. ， a n d L e e , R. N. ， “ A c c u r a t e Me a s u r e m e n t s o f E le c t ron E n e r g i e s b y F ie l d 一 E mi t t e r R e f e r e n c i n g , “ J o u r n a l o f

26、E l e c t r o n S p e c t ro s c o p y a n d R e l a t e d P h e n o m e n a , V o l 3 4 , 1 9 8 4 , p p . 1 7 3一1 9 8 “ 4 . E r ic k s o n , N. E. ， a n d P o w w l l , C . J , “ Hig h一A c c u r a c y Me a s u r e m e n t s o f X P S B i n d in g E n e r g ie s f o r C o p p e r , S i l v e r , a n d G o l d , “ ( t o b e p u b l is h e d ) “