X射线光电子能谱仪（XPS）和 紫外光电子能谱（UPS）的区别

　　X射线光电子能谱（XPS）是电子能谱的鼻祖，也是众多涉及X射线的技术之一。该技术利用X射线撞击样品并与核心能级电子相互作用。其中一些电子会逃逸，因此X射线进入，电子逸出。对于那些一直关注X射线技术的人来说，其他重要的X射线技术包括X射线衍射（XRD），它是X射线的散射（因此X射线进入，X射线逸出）；以及X射线荧光，其中原子被激发到高能级，并在回落到基态时发射X射线（通常电子进入，X射线逸出）。

　　XPS 的几个特性。首先，它对表面敏感。这可能是一个特性，也可能是一个缺陷，这取决于你的观点，但对于像我们这样的团队来说，我们可以制造出一种“完美”的半导体，直到它与空气中的氧气发生反应，因此表面敏感性对于理解发生了什么至关重要。XPS 的第二个有用之处在于它能够揭示表面原子种类的定量比例。材料在其表面发生重排，这使得表面定量分析在材料科学中非常重要。例如，水在液态下具有特殊的结构，使其能够形成四个氢键，但在表面，水分子不再被水包围！因此，表面的水分子会重新排列，以在不利的情况下保持最佳状态，这也是水具有如此高表面张力的原因之一！即使是固体中的原子也会在表面重排，如果真是这样，那么能够准确地量化原子的位置可能对该材料的行为至关重要！

　　与 X 射线与核心能级电子的相互作用相反，紫外光与化学键中的价电子相互作用。因此，紫外光电子能谱 (UPS) 传达特定价能级的态密度随能量变化的信息，并可以在绝对尺度上建立这些能级。对于我们研究的半导体等材料，UPS 提供材料的功函数能量（也称为费米能级能量或Ef半导体）。UPS 进一步阐明价带边缘能量Evb和费米能级能量Ef之间的能量差异。这两个值之间的差异确定了半导体的掺杂密度以及它是p 型还是n 型材料。

　　UPS的基本原理和XPS类似，低能的UV光打到样品表面，因为光电效应激发出来的电子被能量分析器所探测，然后我们得到一个UPS谱。

　　XPS因为所使用的光源能量比较高，所以我们能研究比较深能级的电子信息。而做UPS实验时，我们关注的主要是低结合能的电子信息，也就是外壳层的电子信息。

　　材料壳层（芯能级）电子的结合能一般在几百eV的量级，所以一般要求我们使用X射线（XPS）。

　　而如果我们要求探测材料的价带电子，我们使用紫外灯光源就足够了。（UPS）

　　我们在XPS分析的时候总是提到，XPS测量的材料的元素指纹信息，那么UPS反映的是什么的指纹信息呢？

　　元素芯能级的电子和原子核靠的非常近，和其他原子相互作用比较弱，反映的是每个原子所代表的元素的本征性质。

　　原子费米能级附近的电子(价态电子)在材料内部比较巡游，携带的是整个材料体系的性质，因此反映的是材料电子关联相互作用之后的信息。

　　因为XPS得到的大部分信息是深能级的电子信息，这部分电子与其他电子的相互作用比较弱，因此反映的是他所属的原子的指纹信息。而UPS研究的那些价电子在材料中比较巡游，反映的是电子间复杂关联作用之后的信息。因此反映的是某些分子的“指纹“信息，或者是整个材料的整体性质。

　　在X射线光电子能谱中，当原子的化学环境改变时一般都可以观察到内层电子峰的化学位移；紫外光电子能谱主要涉及分子的价层电子能级，成键轨道上的电子往往属于整个分子，它们的谱峰很宽，在实验上测量化学位移很困难。但是，对于非键或弱键轨道中电离出来的电子，它们的谱峰很窄，其位置常常与元素的化学环境有关，这是由于分子轨道在该元素周围被局部定域。

　　1. UPS的工作原理和XPS一样，但是能量远远小于X光，因此有比较好的能量分辨率来研究价带的电子结构，是XPS手段的一个重要补充。

　　2. XPS探测的是芯能级的电子信息，反映的是对应元素的本征线性，由此来对材料的元素组成，元素价态情况等进行分析。

　　3. 而UPS探测的是价带电子的结构信息，价带电子在材料中比较巡游，到处运动，反应的是整个材料的关联电子结构。

　　4. 一般的UPS光源通过对惰性气体放电来实现，He、Ne、Ar、Kr、Xe等，能量一般在几十个eV左右。返回搜狐，查看更多