出现电势谱

表面分析用芯能级谱的大类

出现电势谱，简称 APS，是表面分析用芯能级谱的一个大类。它用能量逐渐增长（50→1500电子伏）的电子轰击固体表面，并测定次级粒子的产额。

基本信息

表面分析用芯能级谱的一个大类。简称 APS。它用能量逐渐增长（50→1500电子伏）的电子轰击固体表面。并测定次级粒子的产额。当入射电子的能量E0超过某一阈值（相当于某一出现电势）时，就有可能激发固体原子，使某一芯能级EB上的电子跃迁到费密能级E0以上空带中的某一位置，而在该能级上留下空穴，如图1所示；然后在退激发（电子重新落入空穴）时将产生俄歇电子或相当于芯能级束缚能(EB-E0)的标识X射线，如图2所示。因此测定次级粒子流强度I与入射电子能量E0之间的关系就可以得到一种相当于测定芯能级束缚能的谱，可用作元素分析以判明固体表面的成分。由于不同元素的各个芯能级束缚能相差很大，所以APS的谱线清晰易读，不会发生混淆；加以不需要能量分析器，仪器结构比较简单，所以是一种很有用的表面分析方法。

理论

上述方法还可以按所测粒子的种类分为“软X射线电子流，损伤可以忽略，但缺点是较低能量(<300eV)的电子出射时会由于固体原子的衍射而产生附加信息，干扰正常谱的读出。所以合理的办法是在较低能量时用SXAPS而在较高能量时用AEAPS。

从理论上说来，入射粒子也可以采用适当（相当于软X 射线波段）的光子，这样可完全避免对样品表面的损伤。但鉴于单色性良好的X射线源(例如同步辐射)目前尚不普遍，有人就使用能量渐变的电子轰击金属靶所产生的赝单色X 射线源作为入射粒子，而测定俄歇电子的产额。这就是所谓“X 射线光电子出现电势谱(XPAPS)”。但实验结果表明这种方法的灵敏度很低，不适于一般的表面分析。然而，如用某一元素的标识X 射线来照射另一个表面含有这一元素的样品，则后者所对应的芯能级上的电子会产生共振跃迁，而在退激发时再产生俄歇电子。具体的作法是把同一固体材料分为两块：一块作为受电子轰击的X 射线管阳极（靶），另一块作为被测样品。

分析结构

渐改变阳极电压至某一阈值（出现电势）而测定样品的出射电子产额，可得到“共振光电子出现电势谱(RPAPS) ”。由于共振跃迁具有选择性滤波功能，因此RPAPS的灵敏度和分辨率都优于一般的出现电势谱，只是样品的制备要略为复杂一些。

已经发现，出现电势谱对各元素的相对灵敏度与俄歇电子谱(AES)不同，它对碳、氧、硫并不特别灵敏，却能对3d和4f过渡金属给出最佳灵敏度，因此适于作为探测这一类元素的表面分析。在能谱研究方面，APS能给出空带态密度的信息，而AES给出的是满带态密度信息，二者是互补的。从APS也能看出氧化造成的谱位移，但不如X射线光电子谱(XPS)清晰。此外，也有人用AEAPS的谱边形状来测定表面结构。这种方法称为“扩展出现电势精细结构(EAPFS)”，与扩展X 射线吸收精细结构(EXAFS)的原理相类似，由于存在问题，目前尚用得不多。

同 APS的物理过程相类似的，还有一种消隐电势谱(DAPS)。由于入射电子能量达到阈值时有一部分激发芯能级电子失去其能量，然后在固体中消隐，因此如观察准弹性反射的电子流就会发现骤降，这同样可作为固体原子EB的指示。实际上这就是APS的负过程。DAPS的特点是只与激发过程有关，而不受退激发过程的干扰；而且由于所观察的电子是从表面进入和发出的同一电子，因此比APS或AES更为“表面灵敏”（一般为1～3个原子层的信息）。但是DAPS要使用电子能量分析器以分离出电子流中准弹性反射的部分，因此仪器结构要比APS复杂。

使用设备

在出现电势谱实验中，采用的实验仪器是出现电势谱仪，它是测量出现电势谱的能谱仪（appearance potential spectrometer）。在分析时，将试样作为阴极靶，改变阴极电位，当轰击靶的电子达到一定值时，样品上出现带有特征的X射线荧光，把阴极电位（电子束的势能）和X射线的强度作成图谱即得到APS。为了消去背底噪音，通常采用电势调制技术，实际的APS谱是软X射线强度的二阶导数与外加电压关系。目前已观察到出现电势的元素有铍、镁、硼、氮、铅和硫等三十多种。

APS可以确定靶材料的表面组分，测定束缚能、空带能态密度和表面原子的电子结构等。APS设备较简单、成本低，这是与离子束表面分析法相比的优点。目前它已成为研究金属或合金偏析、氧化、腐蚀、催化等物理化学过程的有力工具之一。

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