xps价带谱怎么测

2023-12-18
xps价带谱怎么测

VB谱是XPS(X-rayPhotoelectronSpectroscopy)分析中的价带谱。


通过测量材料表面光电子的能量分布来研究材料的化学键结构和化学状态。通过分析VB谱,可以了解材料表面价电子的分布情况以及不同元素在材料表面的化学环境和相互作用。VB谱在研究化学吸附、化学反应以及材料表面性质等方面具有重要的应用价值。


xps价带谱怎么测?

XPS测价带谱的原理是利用X射线辐射样品,使得样品的原子或分子的内层电子或者价电子受到激发而成为光电子,通过测量光电子的信号来表征样品表面的化学组成、元素的结合能以及价态。

X射线光电子能谱技术作为一种高灵敏超微量的表面分析技术,对所有元素的灵敏度具有相同的数量级,能够观测化学位移,能够对固体样品的元素成分进行定性、定量或半定量及价态分析,广泛地应用于元素分析、多相研究、化合物结构分析、元素价态分析。


xps价带谱怎么测?

在形成分子时,原子轨道构成具有分立能级的分子轨道。晶体是由大量的原子有序堆积而成的。由原子轨道所构成的分子轨道的数量非常之大,以至于可以将所形成的分子轨道的能级看成是准连续的,即形成了能带。

在分析能带结构时,会涉及到以下几个概念:

价带(Valence Band,VB):费米能级以下的称为价带,价带能量最高的地方称为价带顶(VBM,Valance Band Baximum);

导带(Vonduction Band,CB):费米能级以上的称为导带,导带能量最低的地方称为导带底(CBM,Vonduction band minimum);

带隙(Energy gap):CBM和VBM之间的宽度称为带隙,一般用Eg表示,详情可见图1所示。

功函数(Work function):电子从费米能级转移到真空能级所需要的能量,其大小标志着束缚电子的强弱,功函数越大电子越不容易离开材料。

费米能级(Fermi level):固体中最弱结合的电子所处的能级,在这一能级以下的能级均被电子填满。

真空能级(Vacuum level):电子本身所拥有的最低能量,此时,电子不与任何物质相互作用,且可以自由运动。其实也就是上面所说的离体系无穷远处的电子。功函 W 就可以表达为真空能级与费米能级的差值。从化学的角度而言,我们也可以说功函类似于电离能,也即将电子从分子的最高占据轨道(HOMO)移除的能量。


图1、不同带隙的能带结构

结构决定性能,半导体的能带结构表征可以助力电子能带结构以及光电性能解析。对于半导体的能带结构进行测试及分析,详见图2,通常应用的方法有以下几种:

  • 紫外可见漫反射测试计算带隙Eg;

  • VB XPS测得价带位置Ev;

  • UPS可测得材料的功函数Wf;

图2、 半导体的能级示意图


VB XPS测得价带位置Ev

根据价带X射线光电子能谱价带谱(VB XPS)的测试数据作图,将所得到图形在0 eV附近的直线部分外推至与水平的延长线相交,交点即为Ev。

如图4,根据ZnIn2S4以及O掺杂ZnIn2S4的VB XPS图谱,在0 eV附近(2 eV和1 eV)发现有直线部分进行延长,并将小于0 eV的水平部分延长得到的交点即分别为ZnIn2S4以及O掺杂ZnIn2S4的价带位置对应的能量(1.69 eV和0.73 eV)。

图3、VB XPS图谱计算Ev位置

从图2可以根据Ev及Eg从而计算Ec。

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