UPS測試數(shù)據(jù)處理分析介紹

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(fèi)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。

一、UPS測試簡介

?UPS的工作原理和XPS一樣，但是能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(bǔ)充 。

?XPS探測的是芯能級的電子信息，反映的是對應(yīng)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(jìn)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(yùn)動，反應(yīng)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(shí)現(xiàn)，He、Ne、Ar、Kr、Xe等，能量一般在幾十個eV左右。

二、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(qiáng)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(qiáng)度最強(qiáng)的，因此其他的線型光子能量組成我們一般可以忽略。

三、UPS的技術(shù)指標(biāo)

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

四、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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度要大得過，要高3、4個數(shù)量級，這是因?yàn)榈湍茈娮酉鄬τ?1.2eV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(xì)的feature。

五、標(biāo)準(zhǔn)金樣品的UPS譜圖分析

?一般需要對樣品進(jìn)行加負(fù)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(qiáng)電子計(jì)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(qiáng)的二次電子。

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

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

苯表面吸附質(zhì)和純氣/凝聚相的UPS比較