2.4 XPS数据处理(精细谱分峰拟合)通用原则

2.4 XPS数据处理(精细谱分峰拟合) 通用原则

本节针对XPS数据处理中最受关心的分峰拟合进行重点分类讲解。首先总结了谱峰分峰拟合的一些通用原则;其次对荷电校正、背景扣除、谱峰平滑和拟合用到的数学函数模式进行讲解;再次,阐述了单峰拟合、双峰拟合、俄歇图谱、多重分裂峰及重合谱峰的拟合方法;最后列举了XPS数据分析常见的一些错误,并汇总了XPS数据分析的流程,以提醒大家避免一些错误,少走一些弯路。

谱峰分峰拟合的一些通用原则:

①分峰拟合前一般需要先进行谱峰校正、谱峰平滑(如有需要)、背底扣除等。(https://www.daowen.com)

②在谱峰拟合之前,根据材料信息比如导体、非导体或半导体,以及谱峰的峰型特点来选择是使用Asymmetric(不对称性峰型拟合)还是高斯-洛伦兹(Gaussian-Lorentzian)峰型(对称峰型拟合)函数模式。多数情况下,合金、金属,以及sp2石墨碳、金属碳化物等材料图谱呈不对称峰型;而半导体、多数氧化物以及高分子聚合材料的图谱呈对称峰型。

③确定背底扣除方式(Linear,Shirley,Tougaard,Smart),通常选择Shirley或Smart方式比较多。同时,在同一组元素分析时,所有元素尽可能选择同一背底扣除方式。

④XPS图谱中对称峰型为高斯-洛伦兹曲线(Gaussian-Lorentzian),常规对称谱峰单峰拟合时,谱峰的高斯比“%Gauss”应该超过70%(视情况而定)。

⑤在分析同种元素的自旋-轨道分裂峰时,要充分利用已知的面积比和峰位能量差(XPS数据手册或软件集成相关数值)锁定相关参数后再进行拟合。如谱峰常用面积比:p1/2∶p3/2=1∶2,d3/2∶d5/2=2∶3,f5/2∶f7/2=3∶4。

⑥可利用峰位判断已知的化学态,但不要忽略峰型所提供的重要化学态信息,比如之前介绍过的震激卫星峰、能量损失峰、多重分裂峰等,一定要多查相关资料了解所关注元素对应的各种化学态的标准图谱。

⑦利用俄歇峰和俄歇参数去分析不同的化学态,特别是某些元素的不同化学态的特征光电子谱峰结合能相近时。

⑧谱峰的半峰宽与元素本身化学态以及采集的测试条件有关,比如通能大小、材料荷电效应影响等。合理的单峰半峰宽一般为0.8~2.2 eV,当然,也要视情况而定。通常荷电中和不良时,谱峰展宽比较严重(单峰半峰宽超过2.5 eV),且结合能比常规数值偏高,此时建议重新安排测试。

⑨通常来讲,对称单峰拟合时,比如常规对有机材料中的C1s、O1s、N1s进行拟合时,同一个元素不同化学态的半峰宽可设置相等或相近,但如果有无机组分存在,比如碳材料里的无机碳(比如sp2石墨碳)、碳化物,其半峰宽相对有机谱峰就比较小;同样,金属氧化物中的O1s谱峰半峰宽通常小于有机碳氧化学键;某些金属氮化物中的N1s谱峰半峰宽也小于有机氮的半峰宽;可以利用半峰宽锁定功能(Fix)协助曲线拟合。双峰拟合也要注意。当然,拟合时,一定要先参考标准图谱,大多数金属谱峰的半峰宽明显小于金属氧化物的半峰宽,某些自旋轨道分裂峰的两个谱峰半峰宽也有差别,如金属钼的Mo3d谱峰。

⑩对于非对称拟合,有两个以上更多的参数可以来控制曲线拟合:MultiPak中有Tail Length和Tail Scale两个参数可控制谱峰的不对称拖尾,而Avantage软件中有Tail Mix、Tail Height、Tail Exponent这几个设置拖尾参数。如果谱峰有不对称性,拟合时必须合理设置这些参数。通常用标准样品的图谱来确定这些拖尾参数,但经验同样非常重要。