X-ray photoelectron spectroscopy : an introduction to principles and practices

X-RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY: An Introduction to Principles and Practices......Page 5
CONTENTS......Page 7
FOREWORD......Page 13
PREFACE......Page 15
ACKNOWLEDGMENTS......Page 17
LIST OF CONSTANTS......Page 19
1.1 SURFACE ANALYSIS......Page 21
1.2 XPS/ESCA FOR SURFACE ANALYSIS......Page 25
1.3 HISTORICAL PERSPECTIVE......Page 26
1.4 PHYSICAL BASIS OF XPS......Page 27
1.5 SENSITIVITY AND SPECIFICITY OF XPS......Page 30
1.6 SUMMARY......Page 31
2.1 ATOMS, IONS, AND MATTER......Page 33
2.1.1 Atomic Structure......Page 34
2.1.2 Electronic Structure......Page 35
2.1.2.1 Quantum Numbers......Page 36
2.1.2.2 Stationary-State Notation......Page 38
2.1.2.3 Stationary-State Transition Notation......Page 40
2.1.2.4 Stationary States......Page 41
2.1.2.5 Spin Orbit Splitting......Page 43
2.2 SUMMARY......Page 45
3.1 PREREQUISITES OF X-RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY (XPS)......Page 47
3.1.1 Vacuum......Page 48
3.1.1.1 Vacuum Systems......Page 52
3.1.2 X-ray Sources......Page 55
3.1.2.1 Standard Sources......Page 57
3.1.2.2 Monochromated Sources......Page 59
3.1.2.4 Synchrotron Sources......Page 61
3.1.3.1 Thermionic Sources......Page 62
3.1.4.1 EI Sources......Page 63
3.1.5 Energy Analyzers......Page 64
3.1.5.2 CHA......Page 66
3.1.5.3 Modes of Operation......Page 67
3.1.5.4 Energy Resolution......Page 68
3.1.6 Detectors......Page 69
3.1.6.1 EMs......Page 70
3.1.7.1 Serial Imaging......Page 72
3.1.7.2 Parallel Imaging......Page 74
3.1.7.3 Spatial Resolution......Page 76
3.2 SUMMARY......Page 79
4.1 ANALYSIS PROCEDURES......Page 81
4.1.1 Sample Handling......Page 82
4.1.2 Data Collection......Page 84
4.1.3 Energy Referencing......Page 85
4.1.4 Charge Compensation......Page 89
4.1.5 X-ray and Electron-Induced Damage......Page 91
4.2 PHOTOELECTRON INTENSITIES......Page 92
4.2.1 Photoelectron Cross Sections......Page 94
4.2.2 The Analyzed Volume......Page 95
4.2.2.1 Electron Path Lengths......Page 96
4.2.2.2 Takeoff Angle......Page 99
4.2.3 The Background Signal......Page 100
4.2.4 Quantification......Page 101
4.3 INFORMATION AS A FUNCTION OF DEPTH......Page 103
4.3.1.1 AR-XPS and Energy-Resolved XPS......Page 104
4.3.1.2 Sputter Depth Profiling......Page 107
4.4 SUMMARY......Page 117
5.1 SPECIATION......Page 121
5.1.1 Photoelectron Binding Energies......Page 122
5.1.1.1 The Z + 1 Approximation......Page 126
5.1.1.2 Initial State Effects......Page 127
5.1.1.3 Final State Effects......Page 138
5.1.1.4 The Auger Parameter......Page 153
5.1.1.5 Curve Fitting......Page 155
5.2 SUMMARY......Page 158
6.1 OVERVIEW......Page 161
6.1.1 Iodine Impregnation of Single-Walled Carbon Nanotube (SWNT)......Page 162
6.1.2 Analysis of Group IIA–IV Metal Oxides......Page 165
6.1.3 Analysis of Mixed Metal Oxides of Interest as SOFC Cathodes......Page 171
6.1.4 Analysis of YBCO and Related Oxides/Carbonates......Page 176
6.2 SUMMARY......Page 183
APPENDICES......Page 187
APPENDIX A: PERIODIC TABLE OF THE ELEMENTS......Page 189
B.1 1S-3S, 2P-3P, AND 3D VALUES......Page 191
B.2 4S-5S, 4P-5P, AND 4D VALUES......Page 195
APPENDIX C: SOME QUANTUM MECHANICS CALCULATIONS OF INTEREST......Page 197
APPENDIX D: SOME STATISTICAL DISTRIBUTIONS OF INTEREST......Page 201
D.2 POISSON DISTRIBUTION......Page 202
D.3 LORENTZIAN DISTRIBUTIONS......Page 203
APPENDIX E: SOME OPTICAL PROPERTIES OF INTEREST......Page 205
E.3 DIFFRACTION LIMIT......Page 206
APPENDIX F: SOME OTHER SPECTROSCOPIC/SPECTROMETRIC TECHNIQUES OF INTEREST......Page 209
F.1.1 IR, RAIRS, ATR, and DRIFTS......Page 211
F.1.2 Raman, SERS, and TERS......Page 212
F.1.3 EDX and WDX......Page 213
F.1.4 XRF and TXRF......Page 214
F.2.2 AES......Page 215
F.3.1 SIMS......Page 216
F.3.3 Ion Scattering Methods......Page 217
APPENDIX G: SOME MICROSCOPIES OF INTEREST......Page 219
G.1 SEM......Page 220
G.3 TEM......Page 221
G.4 SPM (AFM AND STM)-BASED TECHNIQUES......Page 222
APPENDIX H: SOME REFLECTION/DIFFRACTION TECHNIQUES OF INTEREST......Page 225
H.2 GID......Page 226
H.5 RHEED......Page 227
TECHNIQUE ABBREVIATIONS LIST......Page 229
INSTRUMENT-BASED ABBREVIATIONS......Page 233
GLOSSARY OF TERMS......Page 235
QUESTIONS AND ANSWERS......Page 241
XPS VENDORS......Page 249
REFERENCES......Page 253
INDEX......Page 257