紫外光电子能谱

紫外光电子能谱

紫外光电子能谱 (UPS) 的操作原理同 XPS 一样，唯一的区别是 UPS 使用几十 eV 的电离辐射来诱导光电效应，而 XPS 则使用高于 1 keV 的光子。在实验室中，使用气体放电灯来生成紫外光子。气体放电灯通常填充氦气，但也可使用其它气体填充，如氩气和氖气。氦气发射的光子能量为 21.2 eV (He I) 和 40.8 eV (He II)。

由于使用了更低能量的光子，UPS 不能获取大多数核心能级的光电发射，因此谱采集仅限于价带区域。使用 UPS 能进行两种类型的实验：价带采集和电子脱出功测量。

价带

XPS 和 UPS 的信息深度区别

许多发出价带光电子信号的分子轨道高度杂化，因此结合能谱峰中的偏移要比在核心能级光电发射峰中观测到的更加多样和微小。基于这个原因，价带谱主要是通过指纹谱进行材料表征，而单个峰分配则通过在已知电子结构的表面进行或与计算研究结合来实现。正是由于价带峰分配具有不确定性，这些谱图不能用于定量分析。

XPS 也广泛用于采集价带谱。将 XPS 和 UPS 联合用于价带谱的研究非常有效，因为轨道横截面的电离取决于入射光子能量。因此通过使用不同能量的光子，可以对不同的电子跃迁和状态进行检测。

UPS 还比 XPS 具有更高的表面灵敏度。XPS 固有的表面灵敏度与固体内的自由电子非弹性平均自由程（IMFP 或 λ）较短有关。超过 99% 的光电发射信号从所谓的“信息深度”发出。按惯例，“信息深度”一般指距表面 3 个平均自由程的长度。XPS 的信息深度通常被认为是 10 nm。这只是一个估计值，因为电子的 IMFP 通常由电子运动的固态媒介材料特性及电子的动能决定，越低动能的电子其自由程越短。UPS 入射光子能量更低，其发射的光电子动能远低于 XPS 中所发射的光电子动能，由此估计 UPS 的信息深度约为 2-3 nm。

XPS 和 UPS 的信息深度区别

脱出功

使用紫外光电子谱测量材料的脱出功

电子脱出功是指费米能级和真空能级之差，它是电子器件开发需要用到的一种材料性质，例如多层器件中需要将价带与导带进行匹配。脱出功是一种表面性质，因此组分的变化或表面结构对其具有非常大的影响，如大气污染。

可从能谱得到电子脱出功，方法是测量费米能级与谱上低动能末端的截止“尾部”之差（即谱宽），再从入射光子能量中减去该差值。当然，这个值也可以用 X 射线入射辐射得到，不过 UPS 可以从单个谱中进行脱出功计算。

在使用光电子能谱测量电子脱出功时，需要对样品表面施加少量偏压（通常为 5-10 V），从而将表面的真实脱出功从能谱仪内部脱出功中解卷积出来。

使用紫外光电子谱测量材料的脱出功