UPS測試數(shù)據(jù)處理和功能應用

一、UPS簡介

二、光電子的動能

材料殼層（芯能級）電子的結(jié)合能一般在幾百eV的量級，所以一般要求我們使用X射線。（XPS）

而如果我們要求探測材料的價帶電子，我們使用紫外燈光源就足夠了。（UPS）

元素芯能級的電子和原子核靠的非常近，和其他原子相互作用比較弱，反映的是每個原子所代表的元素的本征性質(zhì)。

原子費米能級附近的電子(價態(tài)電子)在材料內(nèi)部比較巡游，攜帶的是整個材料體系的性質(zhì)，因此反映的是材料電子關(guān)聯(lián)相互作用之后的信息。

三、UPS簡介小結(jié)

?UPS的工作原理和XPS一樣，但是能量遠遠小于X光，因此有比較好的能量分辨率來研究價帶的電子結(jié)構(gòu)，是XPS手段的一個重要補充 。

?XPS探測的是芯能級的電子信息，反映的是對應元素的本征線性，由此來對材料的元素組成，元素價態(tài)情況等進行分析。

?而UPS探測的是價帶電子的結(jié)構(gòu)信息，價帶電子在材料中比較巡游，到處運動，反應的是整個材料的關(guān)聯(lián)電子結(jié)構(gòu)。

?一般的UPS光源通過對惰性氣體放電來實現(xiàn)，He、Ne、Ar、Kr、Xe等，能量一般在幾十個eV左右。

四、氦氣放電發(fā)射

?通過氣體放電產(chǎn)生的UV光一般含有好幾個線型。這些本征線型的光子能量和相對強度也很不相同。

? 其中主要的能量是HeI和HeII，見下表格。

?而其中的He-Ia 線型 (21.22 eV) 是強度最強的，因此其他的線型光子能量組成我們一般可以忽略。

五、UPS的技術(shù)指標

• UV燈——He燈

  
  

• 光斑大小 ( ~ 1 mm)

  
  

• 能量分辨率   ~ 90 meV

  
  

• 能量分析器分析電子動能從0 eV開始

  
  

• 光子通量 (1.5 x 1012 photons/second)

  
  

• 雙極差分系統(tǒng)，保證分析腔真空

六、如何測試UPS光斑大小以及所謂“光斑”的定義

檢測沿著Ag銳邊Ag4d價帶結(jié)構(gòu)的信號強度變化趨勢

材料的價態(tài)譜既可以利用UPS得到，也可以在測量XPS時測得。而相比來說，XPS（左側(cè)）到的譜信號強度比較弱，需要很長的時間才能得到信噪比好的譜。

而UPS得到的價態(tài)譜強度要大得過，要高3、4個數(shù)量級，這是因為低能電子相對于21.2eV的電子有更大的光電離截面. 因此采譜時間更快，同時UPS有高的能量分辨率，可以清楚分辨一些比較精細的feature。

七、標準金樣品的UPS譜圖分析

?一般需要對樣品進行加負偏壓處理，可以幫助我們分析材料的功函數(shù)；同時加偏壓，可以增強電子計數(shù)率，特別是二次電子部分。

?從右圖的譜中我們可以看到Au的UPS在8eV以后開始劇烈上升，表明有比較強的二次電子。

?高分辨率的費米邊譜和二次電子階段譜可以進一步幫助我們得到材料的功函數(shù)：

       Φ = hn– (ECutoff– EFermi) = 5.1 eV

八、苯表面吸附質(zhì)和純氣/凝聚相的UPS比較

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