PHI CHINA 表面分析技术网络讲堂 之光电子能谱ZT（1）答疑

问题1：膜厚大于6nm，XPS能检测到吗？

解答：XPS是表面分析技术，通常检测深度定义为对应出射光电子动能在相应材料中的非弹性平均自由程（λ）的3倍。 XPS的探测深度也取决于所测试的材料，对于金箔样品的探测深度大约是5 nm，而对Si样品的探测深度大约为9 nm。XPS对于具体材料的探测深度可以通过查询IMFP数据，根据3λ估算探测深度。

问题2：俄歇谱图中LMM是什么意思？

解答：俄歇电子是由于原子中的电子被X射线激发后，在退激发过程而产生的次级电子。XPS测试中X射线将在原子壳层中的电子激发成自由电子，会产生电子空穴后而处于激发态。退激发过程中处于高能级的电子可以跃迁到这一空位同时释放能量，当释放的能量传递到另一层的一个电子，这个电子就可以脱离原子出射成为俄歇电子。对于LMM俄歇电子如图所示：原子中一个L层电子被入射X射线激发成自由电子后，M层的一个电子跃迁入L层填补空位，此时多余的能量被另一个M层电子吸收产生二次电子，相应的俄歇电子标记为LMM。

问题3：功函数的应用是啥？

解答：功函数的定义是费米能级处的电子从样品表面逃逸出来，进入真空成为自由电子所需要克服的势垒，通常也称作逸出功。功函数是半导体光电器件和光催化等领域中非常重要的参数，与器件/材料的性能密切相关。

问题4：Mapping采谱时间？

解答：Mapping谱图是由多个像素点组成，每个像素点都包含一张谱图，例如本次讲解的Mapping谱图是由256x256个像素点组成，共计65K个像素点。在本次测试中，能量分析器采用128通道非扫描模式进行采集Mapping谱图，对于含量较高的C/O/F元素谱图，采集时间分别为8分钟，而对于含量较低的S/Pt元素谱图，采集时间分别为16分钟。一个质量较好的Mapping谱图的采集时长会有多个因素影响，包括采集元素的类别/含量、X射线光斑尺寸/功率和Frame次数等参数，在采谱参数设定好后，Smartsoft软件会给出预估时间。

问题5.怎么把拟合结果应用到谱图里面？用的什么软件？

解答：Mapping谱图由多个像素点组成，每个像素点都包含一张谱图，通过MultiPak软件可回溯分析特定元素成像中每个像素点所对应的化学态谱图，对于谱图拟合可以通过多种分析方法进行拟合，包括常用的Curve fitting、LLS方法和TFA方法，在第三节数据处理的课程中会有相关内容的详细讲解，请关注。

问题6. 这个系统学习是在分析化学吗？

解答：有些学校的分析化学课程可能会涉及部分表面分析技术。目前很多高校开设的课程，如材料分析、波谱能谱分析和仪器分析等课程可能包含有关XPS的内容。另外，有很多参考书籍也有XPS内容，可以自行学习。

问题7. 我之前看资料，说费米能级在0 eV，这是因为校准过吗？

解答：在本次课程中所展示的金的UPS谱图是施加-9V偏压后测试所得到的，所以在偏压的作用下，整个UPS谱图会有相应的偏移，如果对偏压进行校准，费米能级会校准到结合能为0 eV处。

问题8：第20页PPT，X-ray作用深度可达um级别，但Z终检测nm级别，为什么呢？由于网络问题，这中间的介绍没听到～

解答：XPS是基于光电效应的一种表面分析技术，其中X-ray激发原子中的芯能级电子，可以通过检测出射的光电子得到XPS谱图。对于软X射线，其在固体中的穿透深度可以达到um级别，但是出射电子受限于较小的非弹性平均自由程，通常只有表面10nm以内光电子会在没有能量损失的情况下而被检测到，所以XPS是一种表面灵敏的分析技术。

问题9：第56页PPT，UPS测试的功函数计算，按公式应该是5.31，为什么是4.14？

解答：在本例测试中，样品是半导体材料，计算得到的5.31eV对应于电离势，4.14 eV对应于功函数，具体计算公式如下：

问题10：刻蚀后，计算膜厚的公式是固定的么？

解答：在通过刻蚀进行的深度分析中，膜厚是一个比较复杂的问题。通常会采用标准样品如SiO2对仪器刻蚀所用的离子枪标定刻蚀速率，有时会用刻蚀速率乘以刻蚀时间进行计算刻蚀深度。但是刻蚀实验中的材料的组分非常复杂，即使同样的刻蚀参数，实际的刻蚀速率会有很大的差别，所以通常的深度分析会更加关注随刻蚀深度增加，元素组分/化学态的变化趋势。刻蚀后的实际膜厚测量也可以采用表面轮廓仪或AFM设备，通过测量溅射刻蚀坑得到相对真实的溅射速率，然后校准厚度值。