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X-射線光電子譜儀（X-ray Photoelectron Spectroscopy，簡稱為XPS），經常又被稱為化學分析用電子譜（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis，簡稱為ESCA），是一種最主要的表面分析工具。

XPS作為當代譜學領域中最活躍的分支之一，它除了可以根據測得的電子結合能確定樣品的化學成份外，XPS最重要的應用在于確定元素的化合狀態。XPS可以分析導體、半導體甚至絕緣體表面的價態，這也是XPS的一大特色，是區別于其它表面分析方法的主要特點。此外，配合離子束剝離技術和變角XPS技術，還可以進行薄膜材料的深度分析和界面分析。

XPS方法的理論基礎是愛因斯坦光電定律。用一束具有一定能量的X射線照射固體樣品，入射光子與樣品相互作用，光子被吸收而將其能量轉移給原子的某一殼層上被束縛的電子，此時電子把所得能量的一部分用來克服結合能和功函數，余下的能量作為它的動能而發射出來，成為光電子，這個過程就是光電效應。

該過程可用公式表示：hγ=E_k+E_b+E_r?（1）

hγ：X光子的能量（h為普朗克常數，γ為光的頻率）；E_k：光電子的能量；E_b：電子的結合能；E_r：原子的反沖能量。

其中E_r很小，可以忽略。對于固體樣品，計算結合能的參考點不是選真空中的靜止電子，而是選用費米能級，由內層電子躍遷到費米能級消耗的能量為結合能E_b，由費米能級進入真空成為自由電子所需的能量為功函數Φ，剩余的能量成為自由電子的動能Ek。

公式（1）還可表示為：

E_k= hγ- E_b-Φ

E_b= hγ- E_k-Φ

儀器材料的功函數Φ是一個定值（譜儀的功函數），約為4eV，入射光子能量已知，這樣，如果測出電子的動能Ek，便可得到固體樣品電子的結合能。原子能級中電子的結合能(Binding Energy，簡稱為B.E.)。?其值等于把電子從所在的能級轉移到Fermi能級時所需的能量。

在XPS分析中，由于采用的X射線激發源的能量較高，不僅可以激發出原子價軌道中的價電子，還可以激發出芯能級上的內層軌道電子，其出射的光電子能量僅與入射光子的能量（即輻射源能量）及原子軌道結合能有關。

因此，對于特定的單色激發源和特定的原子軌道，此時其光電子能量是特征的。當固定激發源能量時，其光電子能量僅與元素的種類和所電離激發的原子軌道有關。因此，我們可以根據光電子的結合能，判斷樣品中元素的組成，定性分析除H和He（因為它們沒有內層能級）之外的全部元素。

X光電子能譜法作為表面分析方法，提供的是樣品表面的元素含量與形態，而不是樣品整體的成分。XPS其表面采樣深度（d?= 3λ）與材料性質、光電子的能量有關，也同樣品表面和分析器的角度有關。

通常，對于金屬樣品取樣深度為0.5～2nm，氧化物樣品為1.5～4nm；有機物和高分子樣品為4～10nm。它提供的僅是表面上的元素含量，與體相成分會有很大的差別，因而常會出現XPS和X射線粉末衍射（XRD）或者紅外光譜（IR）分析結果的差異，后兩者給出的是體相成分的分析結果。如果利用氬離子束濺射作為剝離手段，利用XPS作為分析方法，還可以實現對樣品的深度分析。

XPS儀器設計與最早期的實驗儀器相比，有了非常明顯的進展，但是所有的現代XPS儀器都基于相同的構造：進樣室、超高真空系統、X射線激發源、離子源、電子能量分析器、檢測器系統、荷電中和系統及計算機數據采集和處理系統等組成。

這些部件都包含在一個超高真空（Ultra High Vacuum，簡稱為UHV）封套中，通常用不銹鋼制造，一般用μ金屬作電磁屏蔽。下面對儀器各部件構造及功能進行簡單介紹。下圖是Kratos Axis Ultra DLD型多功能電子能譜儀的外形圖。

?Kratos Axis Ultra DLD型多功能電子能譜儀

1. 超高真空系統

超高真空系統是進行現代表面分析及研究的主要部分。XPS譜儀的激發源，樣品分析室及探測器等都安裝在超高真空系統中。通常超高真空系統的真空室由不銹鋼材料制成，真空度優于1×10^–9?托。在X射線光電子能譜儀中必須采用超高真空系統，原因是：

(1)?使樣品室和分析器保持一定的真空度，減少電子在運動過程中同殘留氣體分子發生碰撞而損失信號強度；

(2)?降低活性殘余氣體的分壓。因在記錄譜圖所必需的時間內，殘留氣體會吸附到樣品表面上，甚至有可能和樣品發生化學反應，從而影響電子從樣品表面上發射并產生外來干擾譜線。

一般XPS采用三級真空泵系統。前級泵一般采用旋轉機械泵或分子篩吸附泵，極限真空度能達到10^-2Pa；采用油擴散泵或分子泵，可獲得高真空，極限真空度能達到10^-8Pa；而采用濺射離子泵和鈦升華泵，可獲得超高真空，極限真空度能達到10^-9Pa。

這幾種真空泵的性能各有優缺點，可以根據各自的需要進行組合?，F在新型X射線光電子能譜儀，普遍采用機械泵-分子泵-濺射離子泵-鈦升華泵系列，這樣可以防止擴散泵油污染清潔的超高真空分析室。標準的AXIS Ultra DLD就是利用這樣的泵組合。樣品處理室（Smaple Treatment Center,簡稱為STC）借助于一個為油擴散泵所后備的渦輪分子泵進行抽真空。樣品分析室（Sample Analysis Center,簡稱為SAC）借助于一個離子泵和附加于其上的鈦升華泵（TSP）來抽空。

2. 快速進樣室

為了保證在不破壞分析室超高真空的情況下能快速進，X射線光電子能譜儀多配備有快速進樣室?？焖龠M樣室的體積很小，以便能在40～50分鐘內能達到10^–7托的高真空。

3. X射線激發源

XPS中最簡單的X射線源，就是用高能電子轟擊陽極靶時發出的特征X射線。通常采用Al?Kα（光子能量為1486.6eV ）和Mg?Kα（光子能量為1253.8eV）陽極靶，它們具有強度高，自然寬度?。ǚ謩e為830meV和680meV）的特點。

這樣的X 射線是由多種頻率的X 射線疊加而成的。為了獲得更高的觀測精度，實驗中常常使用石英晶體單色器（利用其對固定波長的色散效果），將不同波長的X射線分離，選出能量最高的X射線。這樣做有很多好處，可降低線寬到0.2 eV，提高信號/本底之比，并可以消除X射線中的雜線和韌致輻射。但經單色化處理后，X射線的強度大幅度下降。

4. 離子源

離子源是用于產生一定能量、一定能量分散、一定束斑和一定強度的離子束。在XPS中，配備的離子源一般用于樣品表面清潔和深度剖析實驗。在XPS譜儀中，常采用Ar離子源。它是一個經典的電子轟擊離子化源，氣體被放入一個腔室并被電子轟擊而離子化。

Ar離子源又可分為固定式和掃描式。固定式Ar離子源，將提供一個使用靜電聚焦而得到的直徑從125μm到mm量級變化的離子束。由于不能進行掃描剝離，對樣品表面刻蝕的均勻性較差，僅用作表面清潔。對于進行深度分析用的離子源，應采用掃描式Ar離子源，提供一個可變直徑（直徑從35μm到mm量級）、高束流密度和可掃描的離子束，用于精確的研究和應用。

5. 荷電中和系統

用XPS測定絕緣體或半導體時，由于光電子的連續發射而得不到足夠的電子補充，使得樣品表面出現電子“虧損”，這種現象稱為“荷電效應”。?

荷電效應將使樣品出現一個穩定的表面電勢VS，它對光電子逃離有束縛作用，使譜線發生位移，還會使譜鋒展寬、畸變。因此XPS中的這個裝置可以在測試時產生低能電子束，來中和試樣表面的電荷，減少荷電效應。

6. 能量分析器

能量分析器的功能是測量從樣品中發射出來的電子能量分布，是X射線光電子能譜儀的核心部件。常用的能量分析器，基于電（離子）在偏轉場（常用靜電場而不再是磁場）或在減速場產生的勢壘中的運動特點。

通常，能量分析器有兩種類型，半球型分析器和筒鏡型能量分析器。?半球型能量分析器由于對光電子的傳輸效率高和能量分辯率好等特點，多用在XPS譜儀上。?而筒鏡型能量分析器由于對俄歇電子的傳輸效率高，主要用在俄歇電子能譜儀上。

對于一些多功能電子能譜儀，由于考慮到XPS和AES的共用性和使用的側重點，選用能量分析器的主要依據是哪一一種分析方法為主。以XPS為主的采用半球型能量分析器，而以俄歇為主的則采用筒鏡型能量分析器。

7. 檢測器系統

光電子能譜儀中被檢測的電子流非常弱，一般在10^－１３A／s～10^－１９A／s，所以現在多采用電子倍增器加計數技術。電子倍增器主要有兩種類型：單通道電子倍增器和多通道電子檢測器。單通道電子倍增器可有106～109 倍的電子增益。為提高數據采集能力，減少采集時間，近代XPS譜儀越來越多地采用多通道電子檢測器。最新應用于光電子能譜儀的延遲線檢測器（Delay Line Detector，簡稱為DLD），采用多通道電子檢測器，尤其在微區（10μm左右）分析時，可以大大提高收譜和成像的靈敏度。

8. 成像XPS

表面分析時的成像XPS可以提供表面相鄰區中空間分布的元素和化學信息。對使用其他表面技術難以分析的樣品而言，成像XPS是特別有用途的。這包括從微米到毫米尺度范圍內非均勻材料、絕緣體、電子束轟擊下易損傷的材料或要求了解化學態在其中如何分布的材料。

在成像XPS中，除了提供元素和化學態分布外，還能用于標出覆蓋層稠密度，以估算X射線或離子束斑大小和位置，或檢驗儀器中電子光學孔徑的準直。因而成像XPS成為能得到空間分布信息的常規應用方法。?

XPS成像把小面積能譜的接收與非均質樣品的光電子成像結合起來，可以在接近15μm的空間分辨率下通過連續掃描的方法采集。商品化的儀器現在組合了成像和小束斑譜采集的能力，能夠在微米尺度上進行微小特征的表面化學分析。該技術的未來方向是在更小的區域內達到更高的計數率，將XPS成像推向真正的亞微米化學表征技術。

9. 數據系統

X射線電子能譜儀的數據采集和控制十分復雜，涉及大量復雜的數據的采集、儲存、分析和處理。數據系統由在線實時計算機和相應軟件組成。在線計算機可對譜儀進行直接控制并對實驗數據進行實時采集和處理。實驗數據可由數據分析系統進行一定的數學和統計處理，并結合能譜數據庫，獲取對檢測樣品的定性和定量分析知識。

常用的數學處理方法有譜線平滑，扣背底，扣衛星峰，微分，積分，準確測定電子譜線的峰位、半高寬、峰高度或峰面積(強度)，以及譜峰的解重疊(Peak fitting)和退卷積，譜圖的比較等。當代的軟件程序包含廣泛的數據分析能力，復雜的峰型可在數秒內擬合出來。

1. 樣品的制備和處理

XPS能譜儀對分析的樣品有特殊的要求，所以待分析樣品需要根據情況進行一定的預處理。

由于在實驗過程中樣品必須通過傳遞桿，穿過超高真空隔離閥，送進樣品分析室。因此對樣品的尺寸有一定的大小規范，以利真空進樣。通常固體薄膜或塊狀樣品要求切割成面積大小為0.5cm×0.8cm大小，厚度小于4mm。為了不影響真空，要求樣品要盡量干燥。另外，裝樣品不要使用紙袋，以免紙纖維污染樣品表面。

對于粉體樣品，可以用膠帶法制樣，即用雙面膠帶直接把粉體固定在樣品臺上。這時要求粉末樣品要研細。這種方法制樣方便，樣品用量少，預抽到高真空的時間較短，可缺點是可能會引進膠帶的成分。另外一種制樣方法是壓片制樣，即把粉體樣品壓成薄片，然后再固定在樣品臺上，有利于在真空中對樣品進行處理，而且其信號強度也要比膠帶法高得多，不過樣品用量太大，抽到超高真空的時間太長。在普通的實驗過程中，一般采用膠帶法制樣。

考慮到對真空度影響，對于含有揮發性物質的樣品（如單質S或P或有機揮發物），在樣品進入真空系統前必須通過對樣品加熱或用溶劑清洗等方法清除掉揮發性物質。

對于表面有油等有機物污染的樣品，在進入真空系統前必須用油溶性溶劑如環己烷，丙酮等清洗掉樣品表面的油污。最后再用乙醇清洗掉有機溶劑，為了保證樣品表面不被氧化，一般采用真空干燥。

光電子帶有負電荷，在微弱的磁場作用下，可以發生偏轉。在能量分析系統中，裝備了磁頭鏡。因而，當樣品具有磁性時，由樣品表面出射的光電子就會在磁場的作用下偏離接收角，最后不能到達分析器，從而得不到正確的XPS譜。

此外，當樣品的磁性很強時，還可能磁化分析器頭及樣品架，因此，絕對禁止帶有磁性的樣品進入分析室。對于具有弱磁性的樣品，需要退磁，才可以進行XPS分析。

2. 氬離子束濺射技術

為了清潔被污染的固體表面，在X射線光電子能譜分析中，常常利用離子槍發出的離子束對樣品表面進行濺射剝離，以清潔表面。利用離子束定量地剝離一定厚度的表面層，然后再用XPS分析表面成分，這樣就可以獲得元素成分沿深度方向的分布圖，這是離子束最重要的應用。

作為深度分析的離子槍，一般采用0.5～5 KeV的Ar離子源。掃描離子束的束斑直徑一般在1～10mm范圍，濺射速率范圍為0.1～50 nm/min。為了提高深度分辯率，一般應采用間斷濺射的方式。為了減少離子束的坑邊效應，應增加離子束的直徑。為了降低離子束的擇優濺射效應及基底效應，應提高濺射速率和降低每次濺射的時間。

在XPS研究濺射過的樣品表面元素的化學價態時，要特別注意離子束的濺射還原作用，它可以改變元素的存在狀態，許多氧化物可以被還原成較低價態的氧化物，如Ti, Mo, Ta等。此外，離子束的濺射速率不僅與離子束的能量和束流密度有關，還與濺射材料的性質有關。

3. 荷電校正（Calibration）

對于絕緣體樣品或導電性能不好的樣品，光電離后將在表面積累正電荷，在表面區內形成附加勢壘，會使出射光電子的動能減小，亦即荷電效應的結果，使得測得光電子的結合能比正常的要高。樣品荷電問題非常復雜，一般難以用某一種方法徹底消除。

在實際的XPS分析中，一般采用內標法進行校準。最常用的方法是用真空系統中最常見的有機污染碳的C 1s的結合能（284.6 eV）作為參照峰，進行校準。

深度分析過程，剝離到一定深度，污染碳信號減弱或者消失，這時可以通過Ar 2p^3/2特征峰或者是樣品中穩定元素的特征峰作為參照進行校準。

4. XPS譜圖分析技術

在XPS譜圖中,包含極其豐富的信息，從中可以得到樣品的化學組成、元素的化學狀態及其各元素的相對含量。

XPS譜圖分為兩類，一類是寬譜（wide）。當用AlKα或MgKα輻照時，結合能的掃描范圍常在0-1200eV或 0-1000eV。在寬譜中，幾乎包括了除氫和氦元素以外的所有元素的主要特征能量的光電子峰，可以進行全元素分析。第二類為高分辨窄譜（narrow），范圍在10-30 eV，每個元素的主要光電子峰幾乎是獨一無二的，因此可以利用這種“指紋峰”非常直接而簡捷地鑒定樣品的元素組成。

（1）定性分析

利用寬譜，可以實現對樣品的定性分析。通常XPS譜圖的橫坐標為結合能（B.E.），縱坐標為光電子的計數率(Count Per Second,簡稱為CPS)。一般來說，只要該元素存在，其所有的強峰都應存在，否則應考慮是否為其他元素的干擾峰。

激發出來的光電子依據激發軌道的名稱進行標記。如從C原子的1s軌道激發出來的光電子用C 1s標記。由于X射線激發源的光子能量較高，可以同時激發出多個原子軌道的光電子，因此在XPS譜圖上會出現多組譜峰。大部分元素都可以激發出多組光電子峰，可以利用這些峰排除能量相近峰的干擾，以利于元素的定性標定。由于相近原子序數的元素激發出的光電子的結合能有較大的差異，因此相鄰元素間的干擾作用很小。

定性分析的流程為：寬掃→指認最強峰對應的元素→標出該元素副峰在譜中所對應的位置→尋找剩余峰所屬元素。

由于光電子激發過程的復雜性，在XPS譜圖上不僅存在各原子軌道的光電子峰，同時還存在部分軌道的自旋裂分峰，Kα2產生的衛星峰，攜上峰以及X射線激發的俄歇峰等伴峰，在定性分析時必須予以注意。在分析譜圖時，尤其對于絕緣樣品，要進行荷電效應的校正，以免導致錯誤判斷。使用計算機自動標峰時，同樣會產生這種情況。

（2）半定量分析

XPS研究而言，并不是一種很好的定量分析方法。它給出的僅是一種半定量的分析結果，即相對含量而不是絕對含量?，F代XPS提供以原子百分比含量和重量百分比含量來表示的定量數據。

由于各元素的靈敏度因子是不同的，而且XPS譜儀對不同能量的光電子的傳輸效率也是不同的，并隨譜儀受污染程度而改變，這時XPS給出的相對含量也與譜儀的狀況有關。因此進行定量分析時，應經常較核能譜儀的狀態。

此外，XPS僅提供幾個nm厚的表面信息，其組成不能反映體相成分。樣品表面的C, O污染以及吸附物的存在也會大大影響其定量分析的可靠性。

（3）元素的化學態分析

（a）結合能分析

表面元素化學價態分析是XPS的最重要的一種分析功能，也是XPS譜圖解析最難，比較容易發生錯誤的部分。

在進行元素化學價態分析前，首先必須對結合能進行校準。因為結合能隨化學環境的變化較小，而當荷電校準誤差較大時，很容易標錯元素的化學價態。此外，有一些化合物的標準數據依據不同的作者和儀器狀態存在很大的差異，在這種情況下這些標準數據僅能作為參考，最好是自己制備標準樣，這樣才能獲得正確的結果。另外，元素可能的化學狀態有時也要結合實驗過程來分析。

還有一些元素的化學位移很小，用XPS的結合能不能有效地進行化學價態分析，在這種情況下，就需要借助譜圖中的線形，伴峰結構及俄歇參數法來分析。在XPS譜中，經常會出現一些伴峰，如攜上峰，X射線激發俄歇峰（XAES）以及XPS價帶峰。這些伴峰雖然不太常用，但在不少體系中可以用來鑒定化學價態，研究成鍵形式和電子結構，是XPS常規分析的一種重要補充。

（b）?XPS的攜上峰分析

在光電離后，由于內層電子的發射引起價電子從已占有軌道向較高的未占軌道的躍遷，這個躍遷過程就被稱為攜上過程。在XPS主峰的高結合能端出現的能量損失峰即為攜上峰。

攜上峰在有機體系中一種比較普遍的現象，特別是對于共軛體系會產生較多的攜上峰。攜上峰一般由π-π*躍遷所產生，也即由價電子從最高占有軌道（HOMO）向最低未占軌道（LUMO）的躍遷所產生。某些過渡金屬和稀土金屬，由于在3d軌道或4f軌道中有未成對電子，也常常表現出很強的攜上效應。因此，也可以作為輔助手段來判定元素的化學狀態。

（c）X射線激發俄歇電子能譜（XAES）分析

在X射線電離后的激發態離子是不穩定的，可以通過多種途徑產生退激發。

最常見的退激發過程就是產生俄歇電子躍遷的過程，因此X射線激發俄歇譜是光電子譜的必然伴峰。對于有些元素，XPS的化學位移非常小，不能用來研究化學狀態的變化。這時XPS中的俄歇線隨化學環境的不同會表現出明顯的位移，且與樣品的荷電狀況及譜儀的狀態無關，因此可以用俄歇化學位移（例如測定Cu，Zn，Ag）及其線形來進行化學狀態的鑒別。

通常，通過計算俄歇參數來判斷其化學狀態。俄歇參數是指XPS譜圖中窄俄歇電子峰的動能減去同一元素最強的光電子峰動能。它綜合考慮了俄歇電子能譜和光電子能譜兩方面的信息，因此可以更為精確地研究元素的化學狀態。

（d）XPS價帶譜分析

XPS價帶譜反應了固體價帶結構的信息，由于XPS價帶譜與固體的能帶結構有關，因此可以提供固體材料的電子結構信息。例如，在石墨，碳納米管和C₆₀分子的價帶譜上都有三個基本峰。這三個峰均是由共軛π鍵所產生的。在C₆₀分子中，由于π鍵的共軛度較小，其三個分裂峰的強度較強。而在碳納米管和石墨中由于共軛度較大，特征結構不明顯。而在C₆₀分子的價帶譜上還存在其他三個分裂峰，這些是由C₆₀分子中的σ鍵所形成的。

由此可見，從價帶譜上也可以獲得材料電子結構的信息。由于XPS價帶譜不能直接反映能帶結構，還必須經過復雜的理論處理和計算。因此，在XPS價帶譜的研究中，一般采用XPS價帶譜結構的進行比較研究，而理論分析相應較少。

5. 元素沿深度分析(Depth Profiling)

XPS可以通過多種方法實現元素組成在樣品中的縱深分布。最常用的兩種方法是Ar離子濺射深度分析和變角XPS深度分析。

（1）變角XPS深度分析

該分析方法是一種非破壞性的深度分析技術，只能適用于表面層非常薄（1～5?nm）的體系。其原理是利用XPS的采樣深度與樣品表面出射的光電子的接收角的正玄關系，可以獲得元素濃度與深度的關系。

取樣深度（d）與掠射角(α，進入分析器方向的電子與樣品表面間的夾角)的關系如下：

d = 3λsin(α)

當α為90°時，XPS的采樣深度最深，減小α可以獲得更多的表面層信息，當α為5°時，可以使表面靈敏度提高10倍。

在運用變角深度分析技術時，?必須注意下面因素的影響：

（1）單晶表面的點陣衍射效應；

（2）表面粗糙度的影響；

（3）表面層厚度應小于10 nm。

（2）Ar離子濺射深度分析方法

這種分析方法是一種使用最廣泛的深度剖析的方法，是一種破壞性分析方法，會引起樣品表面晶格的損傷，擇優濺射和表面原子混合等現象。其優點是可以分析表面層較厚的體系，深度分析的速度較快。

其分析原理是先把表面一定厚度的元素濺射掉，然后再用XPS分析剝離后的新鮮表面的元素含量，從而獲得元素沿樣品深度方向的分布。XPS的Ar離子濺射深度分析，靈敏度不如二次離子質譜（簡稱為SIMS），但在定量分析中顯示的基體效應相對較小。

另外，XPS的濺射深度分析的優點是對元素化學態敏感，并且XPS譜圖比濺射型AES譜圖容易解釋?，F代XPS儀器由于采用了小束斑X光源（微米量級），空間分辨率已經發展到優于10μm，尤其對絕緣性材料，XPS深度分析變得較為現實和常用。

以利用XPS法測定TiO₂薄膜表面的元素組成、含量及其價態分析為例，我們來看看之前講述內容在實驗環節是如何被運用的。

該實驗總體思路是通過XPS分析技術掃描得到全元素的寬譜，測得各未知元素的原子軌道的特征結合能，從其結合能來鑒定未知元素的種類，進行定性分析。利用元素濃度和XPS信號強度的線性關系進行定量分析。然后根據所收集各元素的窄譜，測得各元素的結合能和化學位移，來鑒定元素的化學價態。

（1）樣品處理和進樣

將干燥的已制備好的涂有TiO₂薄膜的硅片切割成大小合適的片，固定到銅片的導電膠帶上。然后將銅片固定在樣品臺上，送入快速進樣室。開啟低真空閥，用機械泵和分子泵抽真空到10^–8?托。然后關閉低真空閥，開啟高真空閥，使快速進樣室與分析室連通，把樣品送到分析室內的樣品架上，關閉高真空閥。

（2）檢查硬件和軟件

首先要檢查水箱壓力,電源，氣源是否處于正常狀態；檢查雙陽極是否退到最后；檢查樣品處理室（簡稱為STC）和樣品分析室（簡稱為SAC）的真空（應優于3×10^－9torr）；檢查STC－SAC之間閥門的開關狀態。

其次，打開光纖燈和攝像機顯示器，檢查計算機軟件中各操作界面中的指示燈是否正常。

（3）儀器參數設置

在 儀器手動控制“instrument manual control”窗口，在“Acquisition”界面，設置幾個關鍵性參數： type：Snap shot；technique：XPS；lens mode：hybrid；B.E；Pass energy（通能）：80eV；Energy region中一般輸入O 1s，即由O 1s的信號強度來作為樣品最佳測試位置判斷標準。在“X－ray PSU”界面，參數設置為：Al(mono)（鋁單色器）；emission（發射電流）：10 mA； Anode（陽極電壓）：15kV 。

（4）開啟X-射線源

在“X－ray PSU”界面，按“standby” 鍵，等待filament一項中燈絲電流值上升穩定至1.37A左右，點擊“on”鍵。在“Neutraliser gun”界面打開中和槍，按“on”鍵。

（5）樣品最佳測試位置調節

在“Acquisition”界面，按“on” 鍵，開始收snapshot譜，對樣品最佳測試位置進行手動調節。根據軟件中的“Real time display”實時監控窗口中譜峰面積area值的變化，在 “manipulator”界面，調節各個坐標軸方向的按鍵（主要是Z軸方向）找到信號最強的位置（即area值最大）。在“position table”界面點擊“update position”，存儲位置坐標到該樣品名稱下。在“Acquisition”界面先后按“restart”，“off”鍵。

（6）數據采集

在儀器管理“vision instrument manager”窗口下，創建文件名和路徑，建立寬譜（wide）和窄譜（narrow）的相關操作文件。具體參數為：wide（定性分析）：掃描的能量范圍為0～1200 eV，通能（P.E.）為 80 eV，步長（Steps）為1eV/步，掃描時間(Dwells)為100s，掃描次數（Sweeps）為1次 ；narrow（化學價態分析）：掃描的能量范圍依據各元素而定，按照結合能由大到小的順序(O1s,Ti2p,C1s)輸入，通能（P.E.）為40eV，掃描步長為0.1?eV/步，掃描次數可以為1-5次，收譜時間為5～10min，其中對應于非導電性樣品要多收C 1s譜來進行荷電校正。

設置完成后，按“resume”鍵回到自動控制狀態，按“submit”鍵，開始按照預設路徑自動收譜并存儲。

（7）退樣

數據采集結束后，按“manual now” 鍵，按“off”鍵關掉X射線槍和電子中和槍，并將樣品退出分析室，送到快速進樣室。

至此，有關XPS的實驗環節就基本結束了，接下來要做的就是做好實驗數據的處理，為寫文章打好基礎。