氮

氮 • 非金属

氮元素 XPS 主峰：N1s
干扰峰：Ta4p_3/2、Mo3p_3/2、Cd3d_5/2
常见化学状态的结合能：

实验信息

• N1s 区域可能被钽、钼或镉峰覆盖。
  • 对于钼，采集完整的 Mo3p/N1s 区域 (370–455 eV)，确保同时采集 Mo3p_3/2 和 Mo3p_1/2 谱峰。
  • 对于钽，可以仅采集 Ta4p_3/2/N1s 区域 (370–450 eV)。
• 分析含氮铪化合物（例如，氮化硅酸铪）时，来自 Hf4p_3/2 峰的等离子体激元损失特征峰明显与 N1s 区域重叠。
  • 采集 N1s/Hf4p_3/2 区域谱峰和相关的铪等离子体激元 (365–410 eV) 谱峰。
• 在溅射剖析过程中，如果在没有氮的情况下检测到了氮，检测到的可能是空气中的氮。

XPS 光谱解读

• 在氮氧化硅样品原样中可能观察到多种氮结合态。
  • 结合能较高的状态（氧原子取代硅）具有热力学不稳定性^[1]（在退火的氮氧化硅样品中通常不会观察到）。
  • 即使使用能量较低的 Ar+ 离子束溅射，也会导致这些化学状态快速衰变。
    • 不能用溅射分析对这些化学状态进行深度剖析。
  • 角分辨 XPS 是鉴定这些氮化学状态的深度分布情况的适当方法。

• 金属氮化物（例如 TiN）的 N1s 峰形可能复杂且特殊，可能存在表面氮氧化物。
  • 对于 TiN 样品原样，其 N1s 区域的氧化氮化物状态对应的结合能比纯氮化物状态低。
    • 氧化通常导致谱峰向高结合能方向位移（例如 NiSi₂O 对比 NSi₃）。

• N1s 和 Ta4p_3/2 区域之间的重叠可以通过峰拟合进行分离。
  • 例如，在分析 TaN 时，这种方法很必要。

• 含氮的芳香族聚合物（例如，聚酰亚胺）可能产生较弱的 π-π* 卫星特征峰，偏移氮主峰几个 eV。

基本信息说明

不适用

参考文献

• [1] GM Rignanese et al., Phys.Rev. Lett.79, 5174 (1997).

关于本元素

符号：N
发现时间：1772年
命名起源：希腊语 nitron genes
外观：无色
发现人：Daniel Rutherford
来源于：液态空气

熔点：63.05 K
沸点：77.36 K
密度 [kg/m³]：1.2506
摩尔体积：13.54 × 10^-6 m³/mol
质子/电子：7
中子：7
壳层结构：2,5
电子构型：[He]2s²2p³
氧化态：±3,5,4,2
晶体结构：六方晶系

作为氨基酸和核酸的重要组成成分，氮对于所有形式的生命体都至关重要。1772年，Daniel Rutherford 发现了氮。然而，氮的化合物早在中世纪就已发现。硝酸和盐酸的混合物能溶解金。氮通常以气体形式存在，无色、无气味、无味道。氮气含量丰富，占地球大气的78%。氮的最大商业用途是用于合成氨。氮气也作为惰性气体用于含有爆炸性液体的储罐中。液氮是常见的冷冻剂，用于保存机体和生殖细胞以及储存生物样本。

应用指南

• 氧化硅和氮氧化物层的表征分析
• 低辐射镀膜玻璃的 X 射线光电子能谱 (XPS) 表征分析

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