Tài liệu Bài thuyết trình Phổ quang điện tử tia X XPS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG GVHD: TS Lê Vũ Tuấn Hùng HV: Nguyễn Trung Độ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CẤU TRÚC THIẾT BỊ NỘI DUNG PHÂN TÍCH PHỔ NHẬN XÉT Giới thiệu XPS  XPS được biết là một kỹ thuật được dùng để khảo sát thành phần hóa học bề mặt vật liệu.  XPS dựa trên hiệu ứng quang điện.  XPS được Kai Siegbahn và nhóm nghiên cứu của ông phát triển vào giữa thập niên 1960 tại trường Uppsala, Thụy Điển. Hiệu ứng quang điện:  Eb < hv => Các điện tử của phân lớp gần lõi bị kích thích và thoát ra khỏi bề mặt BE = hν – KE (1) BE của một số hợp chất Ví dụ Khảo sát nguyên tử Cacbon C (Z = 6) Cacbon có 6 điện tử, trong đó mỗi 2 điện tử sẽ chiếm giữ ở các mức năng lượng 1s, 2s, 2p => Cấu hình của nguyên tử Cacbon: C 1s2 2s2 2p2 C(2p) C(1s) C(2s) Quá trình quang điện làm di chuyển 1 điện tử ở lớp 1s hν =1486.6 eV K.E 1s 0 2p ε2p ~10eV 2s ε2p ~20eV ε (eV) 1s ε2p ~290eV Tuy nhiên, các điện tử ở lớp 2s, 2p, cũng có thể bị di chuyển  có 3 quá trình sẽ xảy ra,  3 nhóm quang điện tử ứng với 3 động năng khác nhau sẽ được phóng ra  phổ ( hình 2) C(1s) 3 nhóm quang điện tử ứng với 3 động năng khác nhau được phóng ra C(2s) 0 3 đỉnh quang phổ 400 800 C(2p) 1200 KE (eV) 1200 BE = hυ - KE 800 400 0 Thang KE sẽ tương đương với thang BE. Các đỉnh ứng với giá trị KE cao  BE thấp Vị trí các đỉnh là do các điện tử ở các mức năng lượng khác nhau  BE của mỗi điện tử khác nhau. C(1s)  BE của các điện tử => vị trí của các đỉnh phổ C(2s) 0 C(2p) Chú ý: chỉ cho ra phổ của các 400 800 1200 lớp có BE < hv KE (eV) 1200 BE = hυ - KE 800 400 0 Cường độ các đỉnh phổ không đồng nhất. Đỉnh phổ ứng với các điện tử ở mức 1s lớn nhất Xác suất các điện tử phóng ra phụ thuộc vào: - Các mức năng lượng của các điện tử ( tiết diện hiệu dụng σ) - Các nguyên tử khác nhau. - Năng lượng tia X C(1s)  Năng lượng X- ray là 1486.6 eV,trong đó σC1s lón nhất, σC2s lớn hơn σC2p => đỉnh phổ C1s lớn nhất. C(2s) 0 => Tiết diện tán xạ σ xác định đô cao của các đỉnh phổ. 400 800 C(2p) 1200 KE (eV) 1200 BE = hυ - KE 800 400 0 Tóm lại:  Số đỉnh phổ tương ứng với số mức năng lượng bị chiếm đóng  BE của các điện tử sẽ xác định vị trí các đỉnh phổ  Cường độ các đỉnh phụ thuộc vào các nguyên tử hiện diện và phụ thuộc vào giá trị σ Cấu tạo của thiết bị XPS Nguồn tia X Bơm chân không Bộ phận phân tích Buồng chứa mẫu Nguồn tia X Nguồn tia X Có 2 loại: Kα Al mang năng lượng 1486 eV hoặc Kα Mg mang năng lượng 1256 eV. Bơm chân không   Loại bỏ khí hấp thụ từ mẫu Loại bỏ hấp phụ của chất gây ô nhiễm trên mẫu. Ngăn chặn sự tạo hồ quang khi có điện áp cao. Tạo đường đi thông thoáng cho electron, photon. Thiết bị sử dụng những hệ thống bơm khác nhau để đạt được môi trường chân không cao (UHV) Môi trường chân không cao ngăn chặn ô nhiễm trên mẫu và hỗ trợ cho việc phân tích mẫu chính xác. Buồng chứa mẫu  Mẫu được đặt ở buồng có thể tiếp xúc với môi trường bên ngoài.  Nó sẽ được đóng lại và bơm chân không thấp.  Sau đó mẫu sẽ được đưa vào buồng có UHV First Chamber Second Chamber UHV Bộ phận phân tích Đầu nhận điện tử Bộ phân tích năng lượng Đầu nhận xung Đầu nhận điện tử Cấu tạo: là một lớp kính nhỏ, được đặt gần sát với bề mặt mẫu. Chức năng: Làm chậm electron Xác định diện tích mẫu đang đo Đầu nhận xung Cấu tạo: gồm một máy đếm xung được nối với máy tính Chức năng: Đếm số xung đập vào máy Đo độ lớn của xung đập vào máy Ghi nhận số lượng và độ lớn xung đập vào.