ICS 71.040.40 G 04
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T25184-2010
X射线光电子能谱仪检定方法
Verification method for X-ray photoelectron spectrometers
2011-08-01实施
2010-09-26发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布
中国国家标准化管理委员会 GB/T25184—2010
目 次
前言 N 范围 2 规范性引用文件
符号和缩略语方法原理与系统构成计量单位与技术指标检定环境检定项目与方法
.
3
5
..:
6
.
7 8 报告检定结果
22 22
检定周期·
9 GB/T25184—2010
前言
本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草，本标准由全国微束分析标准化技术委员会表面分析分委员会归口。 本标准负责起草单位：福建光电有限公司、厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室本标准主要起草人：王水菊、时海燕、丁训民。
I GB/T25184—2010
X射线光电子能谱仪检定方法
1范围
本标准规定了X射线光电子能谱仪的检定方法。本标准适用于使用非单色化Al或MgX射线或单色化A1X射线，且带有溅射清洁用离子枪的X射线光电子能谱仪的检定。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用本文件。
GB/T19500--2004X射线光电子能谱分析方法通则 GB/T21006一2007表面化学分析X射线光电子能谱仪和俄歇电子能谱仪强度标的线性
(ISO21270:2004,IDT)
GB/T22461—2008表面化学分析词汇（ISO18115：2001，IDT） GB/T20175--2006表面化学分析溅射深度剖析用层状膜系为参考物质的优化方法
(ISO14606:2000,IDT)
GB/T22571—2008表面化学分析X射线光电子能谱仪能量标尺的校准（ISO15472：2001， IDT)
GB/T25185--2010表面化学分析X射线光电子能谱荷电控制和荷电校正方法的报告 (ISO19318:2004,IDT)
ISO15470：1999表面化学分析X射线光电子能谱仪所选仪器性能参数表述（Surface Chemical Analysis-X-ray photoelectron spectrometers-Description of selected irstrumental performanceparameters)
ISO18116表面化学分析样品制备和安装程序标准指南（Surfacechemicalanalysis Guidelines for preparation and mounting of specimens for analysis)
ISO18118：2004表面化学分析AES和XPS均相材料定量分析用实验测定相对灵敏度因子的使用指南（Surfacechemical analysis一Auger electron spectroscopyandX-rayphotoelectron spectroscopy-Guide to the use of experimentally determined relative sensitivity factors for the quantitative analysis of homogeneous materials)
ISO18516：2006表面化学分析AES和XPS横向分辨率的测定（Surfacechemicalanalysis Auger electron spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopyDetermination of lateral resolution)
ISO19319表面化学分析AES和XPS横向分辨率、分析面积和分析器分析面积的测定 (Surface chemical analysis-Auger electron spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy Determination of lateral resolution,analysis area,and sample area viewed by the analyzer)
ISO24237表面化学分析XPS强度标的重复性和一致性（Surfacechemicalanalysis-X-ra) photoelectron spectroscopy--Repeatability and constancy of intensity scale)
3符号和缩略语
下列符号和缩略语适用于本文件。
> GB/T25184—2010
3.1能量标检定的符号和缩略语
a b Ecorr Eelem 某一频繁被测元素的结合能，其值在指出的结合能标尺上已设定，经校准后能准确读
测得的能量比例误差测得的零点偏移误差，以eV为单位对某一给定的E修正后的结合能结果，以eV为单位
出，以eV为单位
E mes 测得的结合能，以eV为单位 Emesn 表1中对第n个峰测得的结合能平均值，以eV为单位 Emeas i 表1中第n个峰一组结合能测量数据中的一个，以eV为单位 Eref 表1中第n个峰在结合能标尺上位置的参考值，以eV为单位
在定期校准中Au4ft/z和Cu2ps/2的重复测量次数表1中标识峰的标号置信度95%时已校准能量标的总不确定度，以eV为单位
m n Ues Uss(E) 用Au4fz/2和Cu2pa/3峰校准产生的在结合能E处置信度95%时的不确定度，假设标尺
完全线性，以eV为单位从式（7)得到的2和ε3在置信度95%时的不确定度，以eV为单位由式（12)和式（13)得到的在没有线性误差的情况下，置信度95%时的校准不确定度偏移能量，对于表1中n二1，2，3，4的峰，在给定的X射线源下，由测量校准峰结合能的平均值减去参考能量值给出，以eV为单位
U's Us 4, AEcor Em的修正值，校准后加上以得到正确的结合能值
从式(16)得到的△，和△。的平均值置信度95%时的能量校准容差极限值（由分析者设定），以eV为单位从式（4)得到的、在Ag3ds/2峰处测量的标尺线性度误差，以eV为单位从式(5)或式(6)得到的、在CuL：VV峰处测量的标尺线性度误差，以eV为单位 ORIOR2（或OR3）和QR4的最大者对表1中第n个峰的结合能7次测量得到的重复性的标准偏差，以eV为单位
Dp 8. E2 E3 OR OR ORnew 新测峰的重复性的标准偏差，以eV为单位
3.2强度标检定的符号和缩略语
Ecu E; I; k M(E,) 高强度X射线谱在能量E：处的校正计数率 M;
测量的CuL:VV峰的能量值第个能量通道的能量值 AES中第i个电子束流通量值或XPS中第i个X射线阳极发射电流值常数
第i个通量值的校正计数率
M,(E,) 低强度X射线谱在能量E；处的校正计数率 N(E,) 高强度X射线谱在能量E；处的测量计数率 N;
第i个通量值的测量计数率
N,(E,) 低强度X射线谱在能量E，处的测量计数率 Nmax 该系统使用的和使该系统保持在由k(1士8)给定的容许线性离散限范围内的最大计数率 ±8
线性的分数极限延长死时间非延长死时间
te Tn 2 GB/T25184-2010
A2 Azj As Asj i j P; Psj Ugs(P,) 置信限95%时P，平均值的不确定度（Aa/A）置信度为95%时A/A，的一致性容差值（由分析者设定） △
扣除Shirley本底后Cu2ps/2峰的平均峰面积 A，的一个分量值，为在一组测量中第j次测量的值扣除Shirley本底后，Cu3p峰的平均峰面积 A，的一个分量值，为在一组测量中第i次测量的值 3个参量其中之一P：的识别符号独立测量的参量其中之一P，的下标参量，表示A、A和As/A2中任一参量的平均值平均值的参量，第次测量值
仪器结合能标尺的能量漂移量，等于被测Cu2p3/2峰最大强度的结合能值减去932.7eV
o(P,) 参量P：的重复性标准偏差
4方法原理与系统构成
4.1方法原理
具有足够能量(hv)的光子与样品相互作用，光子全部能量转移给原子或分子（M)中的束缚电子，使不同能级的电子以特定几率电离。该光电过程表示为：M十hv→M+，十e"，式中M+·为电离后形成的激发态离子，e-为光电子。以X射线为激发源，检测逸出样品表面的光电子计数按结合能或动能的分布称为X射线光电子能谱（简称XPS)。
XPS中各特征谱峰的峰位、峰形和强度（峰高或峰面积）反映样品表面的元素组成、相对浓度、化学状态，依此对样品进行表面分析。本标准中的表面化学分析词汇参照GB/T22461一2008。本标准中 X射线光电子能谱仪所选仪器性能参数表述参照ISO15470：1999。 4.2系统构成
XPS谱仪装置框图见图1，由激发源、样品室、能量分析器、探测器和数据采集及处理系统、超商真空系统及仪器控制单元等组成。
超高真空系统
e
样品
能量分析器
检测器
激发源
数据采集及处理系统
仪器控制单元
图1X射线光电子能谱仪器装重框图
注：X射线光电子能谱方法原理和仪器的详细叙述见GB/T19500一2004。
3 GB/T25184—2010
5 5计量单位与技术指标
5. 1 计量单位
XPS的峰位(结合能，BE)和峰宽以eV表示。峰强度以峰高或峰面积表示。峰高以计数（个）或计数率(个/s)表示。峰面积以个·eV或eV·个/s表示。
5. 2 技术指标
5.2.11 能量分辨率、灵敏度
各XPS仪器厂家对其生产的各种型号的能谱仪能量分辨率、灵敏度等都有明确的指标，检测人员可依据仪器厂家推荐的能谱仪工作参数和操作程序逐项验证。 5.2.2 能量标
参考样品Au、Ag和Cu的特征峰位在结合能标上的参考值见表1，用于检定能量标
表1各参考样品特征峰位在结合能标上的参考值Ere
Erd/ev Mg Ka 83, 95 (368.22) 334. 90 932.62
峰序号n
指认 Au 4ft/t Ag 3ds/2 Cu L,VV Cu 2ps/2
Al Kα 83. 95 (368.22) 567.93 932.63
单色化AlKα
83.96 368.21
1 2 3 4
932.62
注：括号内的Ag数据校准时一般不用。
能量标检定指标要求见表2。
表 2 能量标检定指标要求
检测要求
符号 ±8. R Us E2或e3 Ues ±(8.-Ugs)
项 别
一般准确度 ±0.2 0. 020 0. 052 0. 020 0. 057 ±0.143
高准确度 ±0. 1 0. 020 0. 052 0. 020 0. 057 ±0.043 1. 7
容差极限/eV 重复性标准偏差/eV 校准测的不确定度/eV 能量标的非线性度/eV 校准后能量标的不确定度/eV 两次校准之间最大容许漂移/eV 最大校准间隔时间（按稳定月漂移
5. 7
一
率0.025eV计)/月
注：不确定度对应95%的置信度。
4 GB/T25184—2010
5.2.3强度标 5.2.3.15 强度标的线性
强度标线性离散分数极限8<5%；并据此按本标准7.2.1确定在该谱仪工作参数条件下限定的最大测量计数率Nmax。 5.2.3.2强度标的重复性和恒定性
3种参量A2、A，和As/Az的相对标准偏差α（P,）都小于3%；置信度为95%时As/Az的一致性容差值(A/A2)对于不同检测要求分别为：要求高准确度的(A/A)≤2%，一般准确度的（A/A)≤6%。
6检定环境
6.1外观要求
仪器外观应有下列标志：名称、型号、制造厂名、出厂日期、使用的电源等。 6.2安装场所要求
安装场所应避免灰尘、展动和磁场，有独立接地地线，接地电阻小于10Q。 6.3电源
仪器电源：交流单相220V土22V，50Hz；交流三相380V土38V，50Hz。 计算机电源：交流220V土22V，50Hz。
6.4环境温度与湿度
环境温度：20℃±5℃，稳定性为±1℃。 相对湿度：40%~65%之间。
6.5冷却水
仪器冷却水为含有10%（质量分数)异丙醇的蒸馏水或去离子水，自循环系统，水流量、水温需保证仪器正常工作。
7检定项目与方法
7.1能量标检定
能标检定方法参照GB/T22571--2008。
7.1.1参考样品
使用的参考样品为Cu、Au和Ag的多晶金属箱，其纯度优于99.99%。安装样品要保证电接触良好，禁用双面胶带。检测所用参考样品表面均需用Ar+溅射清洁，直至氧和碳的1s信号高度均低于全谱中最强金属峰高度的2%。要求在完成检定校准或该工作日结束时（以先到为准），氧和碳1s峰高度不超过最强金属峰高度的3%。尽量在一个工作日内完成本标准的相关工作。如果所需时间超过一天，则在每天开始前要确保样品的清洁度。
注意Ar+溅射区域应大于检测区域。也应注意过度的溅射可能会使样品表面变得很粗糙而导致
S ICS 71.040.40 G 04
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T25184-2010
X射线光电子能谱仪检定方法
Verification method for X-ray photoelectron spectrometers
2011-08-01实施
2010-09-26发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布
中国国家标准化管理委员会 GB/T25184—2010
目 次
前言 N 范围 2 规范性引用文件
符号和缩略语方法原理与系统构成计量单位与技术指标检定环境检定项目与方法
.
3
5
..:
6
.
7 8 报告检定结果
22 22
检定周期·
9 GB/T25184—2010
前言
本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草，本标准由全国微束分析标准化技术委员会表面分析分委员会归口。 本标准负责起草单位：福建光电有限公司、厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室本标准主要起草人：王水菊、时海燕、丁训民。
I GB/T25184—2010
X射线光电子能谱仪检定方法
1范围
本标准规定了X射线光电子能谱仪的检定方法。本标准适用于使用非单色化Al或MgX射线或单色化A1X射线，且带有溅射清洁用离子枪的X射线光电子能谱仪的检定。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用本文件。
GB/T19500--2004X射线光电子能谱分析方法通则 GB/T21006一2007表面化学分析X射线光电子能谱仪和俄歇电子能谱仪强度标的线性
(ISO21270:2004,IDT)
GB/T22461—2008表面化学分析词汇（ISO18115：2001，IDT） GB/T20175--2006表面化学分析溅射深度剖析用层状膜系为参考物质的优化方法
(ISO14606:2000,IDT)
GB/T22571—2008表面化学分析X射线光电子能谱仪能量标尺的校准（ISO15472：2001， IDT)
GB/T25185--2010表面化学分析X射线光电子能谱荷电控制和荷电校正方法的报告 (ISO19318:2004,IDT)
ISO15470：1999表面化学分析X射线光电子能谱仪所选仪器性能参数表述（Surface Chemical Analysis-X-ray photoelectron spectrometers-Description of selected irstrumental performanceparameters)
ISO18116表面化学分析样品制备和安装程序标准指南（Surfacechemicalanalysis Guidelines for preparation and mounting of specimens for analysis)
ISO18118：2004表面化学分析AES和XPS均相材料定量分析用实验测定相对灵敏度因子的使用指南（Surfacechemical analysis一Auger electron spectroscopyandX-rayphotoelectron spectroscopy-Guide to the use of experimentally determined relative sensitivity factors for the quantitative analysis of homogeneous materials)
ISO18516：2006表面化学分析AES和XPS横向分辨率的测定（Surfacechemicalanalysis Auger electron spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopyDetermination of lateral resolution)
ISO19319表面化学分析AES和XPS横向分辨率、分析面积和分析器分析面积的测定 (Surface chemical analysis-Auger electron spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy Determination of lateral resolution,analysis area,and sample area viewed by the analyzer)
ISO24237表面化学分析XPS强度标的重复性和一致性（Surfacechemicalanalysis-X-ra) photoelectron spectroscopy--Repeatability and constancy of intensity scale)
3符号和缩略语
下列符号和缩略语适用于本文件。
> GB/T25184—2010
3.1能量标检定的符号和缩略语
a b Ecorr Eelem 某一频繁被测元素的结合能，其值在指出的结合能标尺上已设定，经校准后能准确读
测得的能量比例误差测得的零点偏移误差，以eV为单位对某一给定的E修正后的结合能结果，以eV为单位
出，以eV为单位
E mes 测得的结合能，以eV为单位 Emesn 表1中对第n个峰测得的结合能平均值，以eV为单位 Emeas i 表1中第n个峰一组结合能测量数据中的一个，以eV为单位 Eref 表1中第n个峰在结合能标尺上位置的参考值，以eV为单位
在定期校准中Au4ft/z和Cu2ps/2的重复测量次数表1中标识峰的标号置信度95%时已校准能量标的总不确定度，以eV为单位
m n Ues Uss(E) 用Au4fz/2和Cu2pa/3峰校准产生的在结合能E处置信度95%时的不确定度，假设标尺
完全线性，以eV为单位从式（7)得到的2和ε3在置信度95%时的不确定度，以eV为单位由式（12)和式（13)得到的在没有线性误差的情况下，置信度95%时的校准不确定度偏移能量，对于表1中n二1，2，3，4的峰，在给定的X射线源下，由测量校准峰结合能的平均值减去参考能量值给出，以eV为单位
U's Us 4, AEcor Em的修正值，校准后加上以得到正确的结合能值
从式(16)得到的△，和△。的平均值置信度95%时的能量校准容差极限值（由分析者设定），以eV为单位从式（4)得到的、在Ag3ds/2峰处测量的标尺线性度误差，以eV为单位从式(5)或式(6)得到的、在CuL：VV峰处测量的标尺线性度误差，以eV为单位 ORIOR2（或OR3）和QR4的最大者对表1中第n个峰的结合能7次测量得到的重复性的标准偏差，以eV为单位
Dp 8. E2 E3 OR OR ORnew 新测峰的重复性的标准偏差，以eV为单位
3.2强度标检定的符号和缩略语
Ecu E; I; k M(E,) 高强度X射线谱在能量E：处的校正计数率 M;
测量的CuL:VV峰的能量值第个能量通道的能量值 AES中第i个电子束流通量值或XPS中第i个X射线阳极发射电流值常数
第i个通量值的校正计数率
M,(E,) 低强度X射线谱在能量E；处的校正计数率 N(E,) 高强度X射线谱在能量E；处的测量计数率 N;
第i个通量值的测量计数率
N,(E,) 低强度X射线谱在能量E，处的测量计数率 Nmax 该系统使用的和使该系统保持在由k(1士8)给定的容许线性离散限范围内的最大计数率 ±8
线性的分数极限延长死时间非延长死时间
te Tn 2 GB/T25184-2010
A2 Azj As Asj i j P; Psj Ugs(P,) 置信限95%时P，平均值的不确定度（Aa/A）置信度为95%时A/A，的一致性容差值（由分析者设定） △
扣除Shirley本底后Cu2ps/2峰的平均峰面积 A，的一个分量值，为在一组测量中第j次测量的值扣除Shirley本底后，Cu3p峰的平均峰面积 A，的一个分量值，为在一组测量中第i次测量的值 3个参量其中之一P：的识别符号独立测量的参量其中之一P，的下标参量，表示A、A和As/A2中任一参量的平均值平均值的参量，第次测量值
仪器结合能标尺的能量漂移量，等于被测Cu2p3/2峰最大强度的结合能值减去932.7eV
o(P,) 参量P：的重复性标准偏差
4方法原理与系统构成
4.1方法原理
具有足够能量(hv)的光子与样品相互作用，光子全部能量转移给原子或分子（M)中的束缚电子，使不同能级的电子以特定几率电离。该光电过程表示为：M十hv→M+，十e"，式中M+·为电离后形成的激发态离子，e-为光电子。以X射线为激发源，检测逸出样品表面的光电子计数按结合能或动能的分布称为X射线光电子能谱（简称XPS)。
XPS中各特征谱峰的峰位、峰形和强度（峰高或峰面积）反映样品表面的元素组成、相对浓度、化学状态，依此对样品进行表面分析。本标准中的表面化学分析词汇参照GB/T22461一2008。本标准中 X射线光电子能谱仪所选仪器性能参数表述参照ISO15470：1999。 4.2系统构成
XPS谱仪装置框图见图1，由激发源、样品室、能量分析器、探测器和数据采集及处理系统、超商真空系统及仪器控制单元等组成。
超高真空系统
e
样品
能量分析器
检测器
激发源
数据采集及处理系统
仪器控制单元
图1X射线光电子能谱仪器装重框图
注：X射线光电子能谱方法原理和仪器的详细叙述见GB/T19500一2004。
3 GB/T25184—2010
5 5计量单位与技术指标
5. 1 计量单位
XPS的峰位(结合能，BE)和峰宽以eV表示。峰强度以峰高或峰面积表示。峰高以计数（个）或计数率(个/s)表示。峰面积以个·eV或eV·个/s表示。
5. 2 技术指标
5.2.11 能量分辨率、灵敏度
各XPS仪器厂家对其生产的各种型号的能谱仪能量分辨率、灵敏度等都有明确的指标，检测人员可依据仪器厂家推荐的能谱仪工作参数和操作程序逐项验证。 5.2.2 能量标
参考样品Au、Ag和Cu的特征峰位在结合能标上的参考值见表1，用于检定能量标
表1各参考样品特征峰位在结合能标上的参考值Ere
Erd/ev Mg Ka 83, 95 (368.22) 334. 90 932.62
峰序号n
指认 Au 4ft/t Ag 3ds/2 Cu L,VV Cu 2ps/2
Al Kα 83. 95 (368.22) 567.93 932.63
单色化AlKα
83.96 368.21
1 2 3 4
932.62
注：括号内的Ag数据校准时一般不用。
能量标检定指标要求见表2。
表 2 能量标检定指标要求
检测要求
符号 ±8. R Us E2或e3 Ues ±(8.-Ugs)
项 别
一般准确度 ±0.2 0. 020 0. 052 0. 020 0. 057 ±0.143
高准确度 ±0. 1 0. 020 0. 052 0. 020 0. 057 ±0.043 1. 7
容差极限/eV 重复性标准偏差/eV 校准测的不确定度/eV 能量标的非线性度/eV 校准后能量标的不确定度/eV 两次校准之间最大容许漂移/eV 最大校准间隔时间（按稳定月漂移
5. 7
一
率0.025eV计)/月
注：不确定度对应95%的置信度。
4 GB/T25184—2010
5.2.3强度标 5.2.3.15 强度标的线性
强度标线性离散分数极限8<5%；并据此按本标准7.2.1确定在该谱仪工作参数条件下限定的最大测量计数率Nmax。 5.2.3.2强度标的重复性和恒定性
3种参量A2、A，和As/Az的相对标准偏差α（P,）都小于3%；置信度为95%时As/Az的一致性容差值(A/A2)对于不同检测要求分别为：要求高准确度的(A/A)≤2%，一般准确度的（A/A)≤6%。
6检定环境
6.1外观要求
仪器外观应有下列标志：名称、型号、制造厂名、出厂日期、使用的电源等。 6.2安装场所要求
安装场所应避免灰尘、展动和磁场，有独立接地地线，接地电阻小于10Q。 6.3电源
仪器电源：交流单相220V土22V，50Hz；交流三相380V土38V，50Hz。 计算机电源：交流220V土22V，50Hz。
6.4环境温度与湿度
环境温度：20℃±5℃，稳定性为±1℃。 相对湿度：40%~65%之间。
6.5冷却水
仪器冷却水为含有10%（质量分数)异丙醇的蒸馏水或去离子水，自循环系统，水流量、水温需保证仪器正常工作。
7检定项目与方法
7.1能量标检定
能标检定方法参照GB/T22571--2008。
7.1.1参考样品
使用的参考样品为Cu、Au和Ag的多晶金属箱，其纯度优于99.99%。安装样品要保证电接触良好，禁用双面胶带。检测所用参考样品表面均需用Ar+溅射清洁，直至氧和碳的1s信号高度均低于全谱中最强金属峰高度的2%。要求在完成检定校准或该工作日结束时（以先到为准），氧和碳1s峰高度不超过最强金属峰高度的3%。尽量在一个工作日内完成本标准的相关工作。如果所需时间超过一天，则在每天开始前要确保样品的清洁度。
注意Ar+溅射区域应大于检测区域。也应注意过度的溅射可能会使样品表面变得很粗糙而导致
S