GB/T 30702-2014
基本信息
标准号： GB/T 30702-2014
中文名称：表面化学分析 俄歇电子能谱和X射线光电子能谱 实验测定的相对灵敏度因子在均匀材料定量分析中的使用指南
标准类别：国家标准(GB)
标准状态：现行
出版语种：简体中文
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相关标签： 表面 化学分析 俄歇 电子 能谱 射线 光电子 实验 测定 相对 灵敏度 因子 均匀 材料 定量分析 使用指南
标准分类号
关联标准
出版信息
相关单位信息
标准简介
GB/T 30702-2014 表面化学分析 俄歇电子能谱和X射线光电子能谱 实验测定的相对灵敏度因子在均匀材料定量分析中的使用指南
GB/T30702-2014
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标准内容
ICS 71.040.40
中华人民共和国国家标准
GB/T 307022014/1ISO 18118:2004表面化学分析
光电子能谱，
俄歇电子能谱和X射线
实验测定的相对灵敏度
因子在均匀材料定量分析中的使用指南Surface chemical analysis-Auger electron spectroscopy and X-ray photoelectronspectroscopy-Guide to the use of experimentally determined relative sensitivityfactors for the quantitative analysis of homogeneous materials(ISO18118:2004,IDT)
2014-06-09 发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2014-12-01实施
规范性引用文件
术语和定义
符号和继略语此内容来自标准下载网
测量条件
激发源
能量分辨率
能量步长和扫描速率
信号强度
增益和时间常数(适用于模拟信号探测系统的AES仪器）调制获取徽分谱
数据分析步骤
强度能量响应函数
用相对灵度因子测定化学组成
9.1化学组的计算
9.2计算组成的不确定度
附录A（规范性附录）
相对灵敏度因子公式
符号和缔酪语
相对灵敏度因子
附录B（资料性附录）
分析结果的不确定度信息
衍号和缩略语
引言·
基体效应
样品组分分布
表面形貌·
辐照损伤
离子溅射影响
表面污染
参考文献
GB/T 30702—2014/ISO 18118:200415
本标准按照GB/T 1.1一2009给出的规则起草CB/T 30702—2014/ISO 18118:2004本标准采用翻译法等同采用ISO18118:2004《表而化学分析俄歇电了能谱和X射线光屯子能谱实验测定的相对灵敏度因子在均匀材料定量分析中的使用指南》。与本标准中规范性引用的国际文件有-致性对应关系的我国文件如下：-GB/T 22461—2008
表面化学分析词江（1SO18115：2001,1)T)；62007表面化学分析
G/T 21006
斤X射线光电了能谱仪和俄歇电了能谱仪强度标线性
(ISO 21270:2004,IDT).
本标雅出全国微束分析标准化技术委员会（SAC/TC38)提出并归口。本标准负资起草单位：北京师范人学分析测试中心，本标滩让要起草人：昊正龙。
GB/T30702—2014/1S0181182004引言
俄歇电子能谱(AFES)和X射线光电子能谱(XPS)是对材料表面组分灵敏的表面分析技术，检测深度通常为几个纳米，两种技术均给出在分析体积内平均的表而加权信号。人多数样品的红分在横向和深度向上都有变化，由于难以测定任一组分变化的大小和发生变化的距离，经常采用近似的方法进行定量分析。均匀样品最简单，虽然这种情况不常见，但是为了方便分析，通常假设待测样品是均匀的。本标准提供了用实验测定的相对灵敏度因了进行 AES 和 XPS 定量分析均勾材料时的测量和使用指南。
1范围
GB/F 30702--2014/[S0 18118:2004表面化学分析俄歇电子能谱和X射线光电子能谱实验测定的相对灵敏度因子在均匀材料定量分析中的使用指南本标准规定了在俄歇电于能谱和X射线光电子能谱均句材料定量分析中相对灵敏度因子的实验测量和使用指南。
2规范性引用文件
下列文件对于本义件的应用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注期的版本适用丁本文件，凡是不注日期的用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。ISO18115装化学分析词汇（Surlacechetnical analysis—Vocabulary）ISO21270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线性（Surfacechcmical analysis--X-ray photoclcctron and Auger electron spectromctersLincarity of intensity scale)3术语和定义
IS018115界定的术语和定义适用于本文件。1S(）18115中的术语绝对元素灵敏度因子和相对元索灵敏度因了的定义分别列于3.1和3.2中。IS018115术来修订版中的术语平均基体相对灵数度因于和纯元素相对灵敏度因了的定义分别列于3.3和3.4中。3.1
绝对元案灵敏度因子absoluteelemental scnsitivity factor一种元素的系数。用测得的该元素强度除以该系数，而求得样品中该元素的原于浓度或原子分数。注1：应明确所选用的原子浓度或原子分数。注2：所用灵敏度因了的类型应与定量计算过程中所用的方程和分析样品的类型相符，例如均勾样品或偏析层。注3：为广正确使用基体因子或其他参数，魔给出灵教度函产的来源！注4：灵敏度因了与激发源参数、能量分析器参数以及样品在仪器中相对于这些部件的取向柜关。必敏度因子还与所分析的基体相关，在SIMS中基体影均起主要作用。3.2
相对元素灵敏度因子relative elemental sensitivity factor正比于绝对元素灵敏度子的系数。选择该比例系数使得一种选定元素及指定能级跃迁的峰强度等于1。
注1：选定元素及其能级跃迁时，对了XPS通常选用CIs或FIs，对于AES通常选用AgM.：VV。注2：所用灵敏度因子的类型应适用于，谱如对均匀样品或端析层之类样晶的分析。注3：为了正确使用基体因了或其他参数+应给出灵敏度两子的来源。注4：灵敏度因子与激发源参数、能景分析器参数以及样品在仪器中相对于这些部件的取向相关，灵敏度因于也与被分析的基伴有关-在SIMS中基体影响起主要作用。1
GB/T 30702—2014/IS0 18118.20043.3
平均基体相对灵敏度因子average malrix relativt sensitivity factor正比于一种平均基体中--种纯元素的测峰强度的系数,用测得的该元素强度除以该系数,计算得样品中该元索的原子浓度或原子分数，注1：应明确所选用的原子浓度或原子分数。注2：所月灵敏度因于的类型应与定益过程中所用的方程和分析样品的类型相符·例妇均句样品或偏析层。注3：应给出灵敏度因子的来源，对于平均基体相对是敏度因了基体因子取1。注4：史敏度因子与激发源参数、能昼分析器参数以及样品相对于仪器中的这些部件取向相关。3.4
纯元素相对灵敏度因子pure-elcmentrelativesensitivityfactor正比于“种纯元素样品的测量峰强度的系数，用测得的该儿素强度除以该系数-计算得到样品中该元素的原了浓度或原了分数。
注1：应明确选用的原子浓度或原子分数，注2：所月炎敏度丙了的类型应与定量计算过程中所用的方程和分析样品的类型相符，例如与勾样品或谢析层注3：为了正确便用基体因子或其他参数，应给出炎敏度因了的来源。基休因子显著，应与纯元素和对灵敏度因子同使用：
注4：灵敏度因子与激发源参数、能分折器参数以及样品相对于仪器中这些部件的位置相关。4符号和缩略语
S,元素的原于柑对灵敏度因子
S\元素i的平均基体相对灵度齿于S元素i的元素相对灵敏度因子
AES假歇电子能谱（Augcrclctronspcetroscopy）AMRSF--均基体相对灵敏度因--(average matrix relative sensitivity factor）ARSF原子相对敏度因了（atomicrelativcsensitivityfactor）ERSF
元索相对灵敏度因子（celemcntal rclativc sensitivityfactor）IERF强度能量响应脑数(intcnsity-cncrgy response functian)RSF
相对灵敏度凶子（rclativc sensiivitylacior）xPSx射线光电了能谱（X-rayphotoelectronspcctroscopy）5概述
在AES利XPS的许多定量分析应用中，经常使用相对灵敏度因子（RSF)。RSF分为3种类型：元素相对灵敏度因了（ERSF）、原子相对灵敏度因子（ARSF)和乎-均基体相对灵敏度因子（AMRSF）。附录A中A.3给出「这3种类型相对灵敏度因了的定义公式，A.2给山「这些公式的基本原理。ERSF最简单且最易于使用；似由于没有考虑基体校正因子（见Λ.3)，这种定量方法准确度最差。AES的基体校正因子在0.1～8之间变化L\，而XPS在0.3～3之间变化1。ARSF比ERSF更准确，这是因为在ARSF中考虑「原子密度的差异，这通常是最大的一项体校正，由于AMRSF几乎完全校正了基体效应为最可靠的RSF。建议ERSF仅用于半定量分析（即粗略估计红分），而定量分析时使用ARSF或优先使用AMRSF。定量分析中不能使用AMRSF时，才便用ARSF（例如，光法可靠地测定某些能最处饿歇电子或光电了的非弹性平均白出程）。在AES和XPS的分析中，使用与测量RSF时完全相同的程序来测量俄歇电子和光电于的强度至关重要。对于-些AES应用（如溅射深度剂析）.通常使用微分模式的俄歇电子信号的蜂峰高作为俄2
GB/T30702—2014/1S018118:2004歇电子强度的测鼠值;对于片他AES应用（如扫描歇显微术),用直接谱中峰最高处的强度与附近背景信号强度的差作为俄歇电了强度的测量值。对于多数 XPS应用和一些 AES应用,用自接谱的峰面积作为光电子或俄歇电子强度的测量值。相对灵敏度因了依赖于激发源参数（如AES中人射电子的能量和XPS中选择的X射线能量）、能谱仪几何结构配置参数（如AES中电了束人射角、XPS中X射线源与能臣分析器轴的夹角、能量分析器探测到的样品面积以及能量分析器的接收立体角)和样品相对于」述部件的取向参数，分析器探测面积和接收立休角依赖丁分析器的设置参数（如光阑的选择、分析器工作在固定能量模式下还是工作在固定减速比模式下以及相应的分析器通能或减速比）。测得的俄歇电子或光电子强度依赖于第6章中所描述的仪器参数。因此，使用与ERSF测量时完全相同的仪器参数和样品取向对于测定俄歇电子和光电了强度至关重要。使用与ERSF测量时相同的数据分析程序（见篇7章)来测量术知样品的信号电子强度也至关重要，
商业化的AES和XPS仪器通常提供一种或多种带用操作条件下的·-套ERSF，通常在相间型号仪器或在某些情况下类似仪器上测得这些ERSF。推荐分析人员检查仪器提供的待分析元素的ERSF，以确保所提供的ERSF准确，此外,仪器的强度随能量的响应函数(IERF)可能会随时间变化，见第 8章。此变化可使用校正软件4-校正。另外，分析人员可通过测量选定的ERSF检查IERF随时问的变化见第8章。
6测量条件
6.1概述
测量未知样品的条件（如仪器配置、样品取向和仪器设置）应与所选用的ERSF测量条件相同，应特别注意下列参数。
6.2激发源
对于未知样品的测量，AES的入射电了能量和XPS的X射线源应与所选用的ERSF测量相同，6.3能量分辨率
对于未知样品的测量，电了能量分析器的能量分辨率（出选定的光闲大小，逝能或减速比决定)应与测量ERSF时相同-引]，使用蜂面积作为信号强度除外，6.4能量步长和扫描速率
对于已选定的能量分辨率，采集数据时应选择合适的能量步长（每通道的能量）利扫描速率，使谱的畸变可以忽略。
6.5信号强度
AES中的人射电子流或XPS中的X射线强度应与加在检测器上的电压一同调节，使测得的信号强度在1%误差范围内正比丁入射电子流或X射线强度，见ISO21270。或者，经计数损失校准后的信号强度应在1%误差范囤内正比于人射电流或X射线强度，见ISO21270。6.6增益和时间常数（适用于模拟信号探测系统的AES仪器）测量未知样品的探测系统设置应与测量ERSF时相同。应使用足够短的时间常数6以使谱图的特征形状在数据采集过程中没有明显畸变。应调节探测系统增益以使相关峰的强度测量在检测器的线性响应范围内：
GB/T 30702—2014/ISO 18118:2004注：在脉冲计数系统中,检查检测器线性响成的少骤见ISO 21270。对了模拟AFS系统，如果仪器有足够多的控制档可用IS21270中的方法。
6.7调制获取微分谱
在AES中使用微分谱通常较为为便。对分析器施加调制电压17.\或数值处理直接谱可得到微分谱!°,10]。通常用2eV～~10eV(峰峰)的调制或数值微分。测量末知样品时调制电压应与测量ERSF时相同，
注：在AES中，数值微分的峰衰减以及Savitzky和Galsy微分方法详见参考文献9]和[1o]7数据分析步骤
未知样品谱图分析的步骤应与测量ERSF时相同，为了从所测量的接谱中获得峰面积或峰商度，应选定好本底并从所测得的谱图中扣除（见ASTME995!）最常用的本底13包括线性本底，Shirlcy本底13或Tougaard本底11。在AES微分谱中测量峰峰高或峰本底高通常较方使，为此，可直接采集微分谱图（在模拟探测仪器中)或者对所测的直接谱进行数微分。微分处理术知样品谱图所用的数值处现程序和参数应与用参考样品测定ERSF时相同，见6.7，注1：本底扣除步骤详见ASTME99元U注2：在AEt.数值微分的咚衰减以及Savitzky和 Golay微分方法详见参考文献[s」和_l]注3：参考义献_16二给出了在使用微分谱测量司一元案不同化学态时，获得致性结策的操作北骤信息同对提资了测楚咚面积的类似情息
8强度能量响应函数
强度能量响应菌数(IERF)是电子能量分析器在传输电了时其效率与电子能量的两数关系的量度，也是检测器系统操测电了时其效率与电了能量数关系的量度1.17.18]。通常改变分析器的通能、减速比和光阑大小，IERF将发生变化，男外，在检测器使用寿命内-由于检测器效率随能量的函数关系常发牛变化。对于相同仪器设置参数,同一类型不同仪器(产白于同一厂商)的IERF通常也可能不同因此，推荐定期（如每隔6个月）用校准软件校准强度标[4，或者测量选定元素（在能量标工作范围内出现俄歇电子或光电子峰)的ERSF。如果检测器表面在任何可能会影响其效率的环境气氛中暴露过，以及绝缘膜沉积到分析器的表面上（如来白丁非导体推品的溅射），则也应做此检查。仪器测得的选定无素的 ERSF成记录在T作日志中,并给山结果随时间的函数关系,以便丁监测ERSF的变化。9用相对灵敏度因子测定化学组成9.1化学组成的计算
9.1.1概述
用式（A.5)和式（A.6)或录A给出的其他公式之--测定米知样品的化学组成。道常使用式（A.6）.似忽略了基体项。对于某些类型的相对灵敏度因子.其基体项等效为1，可以忽略。是当使用其他类型的灵敏度因子时.在AES分析中基体因子可高达811],在XPS中基体因子可高达 3-2]。所以。计算得到的化学组成的推确度明显与所使用灵敏度因子的类型有关，这将在附录A中予以讨论。注1：AES和XPS不能直接探测氧和氮。未知样品中可能会含有其中一种元案（如有机化合物），其定盘分析将会行在系统谈善、除非设计了某种方法克服此局限。GB/T 30702—2014/1S 18118;2004注2：在--些应用,如果使用与未知样品组成和似的参考样品,则可得到满意的结果。此时，测量出未知样品和参考样品的屯了信号强度，出式(A,4)计算出未知样品的组成，如果两种材料的组成相近,则可忽略基体因子，式(A.4)有效。然而,分析人员应知道,组成己知的参考样品难以制备：例如,由于拌优溅射效应,通带经离子溅射清洁过的化合物，其表面组成不同了体相组成，如果对所分析样品也作相似的避射，会有助于组成分析。问是射引起的变化超出了本标难的范围。对参考样品适当的刮削、断裂或解是得到与未知样品相近表面的合适了段。
9.1.2用元素相对灵敏度因子测定组成用仪器制造商提供或分析人员测出的ERSF即SF，由式（A,6)计算出未知样品的组成。9.1.3用原子相对灵敏度因子或平均基体相对灵敏度因子测定组成用ARSF（即SA）或AMRSF（即SA），通过式（A.6)可计算出末知样品的组成。注1：ARSF出仪器制造厂商提供或分析人员通过式（A.9)让算得出。注2：AMRSF通过式(A,10)勺式(A.11)--式(A.34)计算得出，9.2计算组成的不确定度
许多因素均影响由RSF确定的化学纠成1不确定度。附录B列出了在这些测量中可能的不确定度信息。
GB/T 30702—2014/IS0 18118:2004A.1符号和缩略语
俄歇电子能谱
元素讠的原子质量
附录A
（规范性附录）
相对灵敏度因子公式
化介物分子式中元素：的原子数元素的壳层能级的结合能
能带带隙
元素的俄歇电了或光电了动能
自比电子气的等离激光能量
射电子的能量
元素；的基体校止因了
元素的基体校止因了
参数cosa利w：的钱德拉塞（Chanclrasekhar)函数未知样品中元素：的测量强度
未知样品中光素了的测莹强度
参考样品中元素的测量度
参考样品中元素；的测量强度
关键材料中的测量强度
含元素化合物的分子质量
伏伽德罗常数
平热基体样品的原子密度
元素的原子密度
每个原子或每个分子的价辈电子数关键元素的原子密度
参考样品的原子密度
未知样品的原子密度
未知样品中己识别的元素数
平均基体样品的弹性散射校止因子元素：的弹性散射校正因子
垂真出射（发射角20）时元素的弹性傲射校正因子参考样品中元素主的弹性散射校正因子未知样品中元素：的弹性散射校正因子参考样品中元素i的背散射因子
未知样品巾元素的背散蔚因了
半均基体样品的背散射因子
元素i的背散射凶子
相对灵敏度因子
A.2原理
元素i的元素相对灵敏度因子
元素：的原子相对灵敏度因子
元素；的平均基体相对灵敏度因子元素i的相对灵敏度因子
元素；的相对灵敏度因了
元素i的纯元素相对灵敏度因了
指定化介物中元素主的儿素相对灵度因子GB/r 30702—2014/1S0 18118:2004过压比，等于人射能量与特定壳层或亚壳层电子结合能的比值末知样品中元素的原子分数
参考样品中素主的原子分数
X射线光电子能谱
原了序数
平均基体样品的原子序数
相对于表面法线的发射角
元素的输运平均白由程与非弹性平均自出程的比值固体密度(kg·m\）
元素；的单次散射系数
电子束人射角
确定元素：的5，时的一个系数
确定元素主的时的一个系数
确定元素主的,时的一个系数
确定儿素的时的个系数
平均基体样品的电了非弹性平均白由程元素；的电了非弹性平均自出程参考样品中元素的电了非弹性乎平均自出程未知样品中元素讠的电了非弹性平均白出程均匀样品的定最分析可来用未知样品（样品材料表面组成待定)的俄歇电子或光电子强度1与己知表面组成（纯元素或合适化合物）的参考样品的相应峰强Irf进行比较的方法，以消除仪器因素或在某些情况下基体因子的影响。只有两名分析条件相同时才能逃行这种比较。最简单的情况是假定样品表面由单一物相纽成，且在原子水平上是平整的，此时可根据文献1.2=~24给出测量强度比值：I kXnkNukQk(1+k)unk
ImXN\Q\(1+r)ap
式中：
X和X分别为木知样品和参考样品中元素的原子分数；N和N对应于原于密度；Q和Q对应于电子弹性散射校正[2:r和对应于AES的背散射因子（对于XPS，这些项等于0）;k和入对啦于电了非弹性平均白由程。已知式（A.1)中的弹性散射校正项和非弹性平均白由程在特定俄歇峰或光电子峰的电子能量E：处确定。背散射因了项在电子能量E，处确定，与E：相应结合能E。对应于产生所测元素俄歇峰的初始电离能。
根据式（A1)，可由式(A.2)求山X7
GB/T30702—2014/ISO18118.2004IrkyXrNQr(l+r
()NQp(=Xr
此处F，为特定末知样品与特定参考样对比测量中元素的基体校正因子，对于AES，如果参考强度为纯元素样品<×1)的强度，则F，在0.1～8之间11,有=分之：-在0.5～1.5的范之外；对于XPS,F，更接近于1,H处于0.3~3范用之内i。已识别n个儿素的未知样品中，元素1的原了分数为1：Xh
J ret
基体因子与材料的组分有关，因此方程：定要叠代求解，当然，在解出式（A.3)之前，组分是未知的。如果为了简化，假设式(A.2)中涉及的两个样品的原子密斑、背散射因了及非弹性平均白由程相同,则基体因了F,等下1,参考原子分数等于1。对于这些假设，如未知样品由 n种元素组成,则这些元素的原子分数X，可通过式(A.4)得到-2-]：X
尽管式（A.4)简单且常用于AES或XPS定品分析-但应强调这种分析是盐于未知样品中元素的基体校正因严F，等于1的简化假设：事实上，F：值（以纯元素为参考样品计算X端）对于八ES介于0.[～8之前(有三分之一在 0.5～I.5 范围之外):11;而对于 XPS,F,值介于 0.3～3 之间-2]。定量分析过程需要I7值，利用式（A.3)或式（A.1），可从测量山未知样的「值求山分数组分X，有些元素可以方使地制备山高纯度（通常优于99%）周体，并月在AES或XPS仪器中只有清洁的表面，对这些元素进行系列的测量可得到Ik值。对于其他光素（如碱众屑以及诸如氧、氮和卤素等在常温下为气体的元素），可以对含有要分析元素的化合物进行类似测量得到I\。如果不校正基体效应[式(A.3)中的基体效应因子F以及在B.2中将要讨论的其他基体效成二，则不同化合物中同一元素的1可能不同2.37。
对于选定的关键元素特定峰，在实际使用中通常将 11f归一化为1较方使1.7.2-25,20.31.32.331。在XPS中，通常将氟化锂中氟的Is光电了谱线强度归一化为1在AES中，通带将银M4..VV俄电子谱线强度归一化为1。
A.3相对灵敏度因子
A.3.1引言
本条给出了三种不同类型的相对灵敏度因子(RSF)定义式，RSF可由I获得。对于含有n个元素的未知样品.可用元素的RSF（即SRF）由式(A.5)计算其原了分数X，IunkF
(pkFa)
通过令SRSF等于归·化的I，代人式（A.3)导出式（Λ.5）。如果为了简化：忽略基体校止因子，则式(A.5)变为：
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符号和缔酪语
相对灵敏度因子
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1范围
GB/F 30702--2014/[S0 18118:2004表面化学分析俄歇电子能谱和X射线光电子能谱实验测定的相对灵敏度因子在均匀材料定量分析中的使用指南本标准规定了在俄歇电于能谱和X射线光电子能谱均句材料定量分析中相对灵敏度因子的实验测量和使用指南。
2规范性引用文件
下列文件对于本义件的应用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注期的版本适用丁本文件，凡是不注日期的用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。ISO18115装化学分析词汇（Surlacechetnical analysis—Vocabulary）ISO21270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线性（Surfacechcmical analysis--X-ray photoclcctron and Auger electron spectromctersLincarity of intensity scale)3术语和定义
IS018115界定的术语和定义适用于本文件。1S(）18115中的术语绝对元素灵敏度因子和相对元索灵敏度因了的定义分别列于3.1和3.2中。IS018115术来修订版中的术语平均基体相对灵数度因于和纯元素相对灵敏度因了的定义分别列于3.3和3.4中。3.1
绝对元案灵敏度因子absoluteelemental scnsitivity factor一种元素的系数。用测得的该元素强度除以该系数，而求得样品中该元素的原于浓度或原子分数。注1：应明确所选用的原子浓度或原子分数。注2：所用灵敏度因了的类型应与定量计算过程中所用的方程和分析样品的类型相符，例如均勾样品或偏析层。注3：为广正确使用基体因子或其他参数，魔给出灵教度函产的来源！注4：灵敏度因了与激发源参数、能量分析器参数以及样品在仪器中相对于这些部件的取向柜关。必敏度因子还与所分析的基体相关，在SIMS中基体影均起主要作用。3.2
相对元素灵敏度因子relative elemental sensitivity factor正比于绝对元素灵敏度子的系数。选择该比例系数使得一种选定元素及指定能级跃迁的峰强度等于1。
注1：选定元素及其能级跃迁时，对了XPS通常选用CIs或FIs，对于AES通常选用AgM.：VV。注2：所用灵敏度因子的类型应适用于，谱如对均匀样品或端析层之类样晶的分析。注3：为了正确使用基体因了或其他参数+应给出灵敏度两子的来源。注4：灵敏度因子与激发源参数、能景分析器参数以及样品在仪器中相对于这些部件的取向相关，灵敏度因于也与被分析的基伴有关-在SIMS中基体影响起主要作用。1
GB/T 30702—2014/IS0 18118.20043.3
平均基体相对灵敏度因子average malrix relativt sensitivity factor正比于一种平均基体中--种纯元素的测峰强度的系数,用测得的该元素强度除以该系数,计算得样品中该元索的原子浓度或原子分数，注1：应明确所选用的原子浓度或原子分数。注2：所月灵敏度因于的类型应与定益过程中所用的方程和分析样品的类型相符·例妇均句样品或偏析层。注3：应给出灵敏度因子的来源，对于平均基体相对是敏度因了基体因子取1。注4：史敏度因子与激发源参数、能昼分析器参数以及样品相对于仪器中的这些部件取向相关。3.4
纯元素相对灵敏度因子pure-elcmentrelativesensitivityfactor正比于“种纯元素样品的测量峰强度的系数，用测得的该儿素强度除以该系数-计算得到样品中该元素的原了浓度或原了分数。
注1：应明确选用的原子浓度或原子分数，注2：所月炎敏度丙了的类型应与定量计算过程中所用的方程和分析样品的类型相符，例如与勾样品或谢析层注3：为了正确便用基体因子或其他参数，应给出炎敏度因了的来源。基休因子显著，应与纯元素和对灵敏度因子同使用：
注4：灵敏度因子与激发源参数、能分折器参数以及样品相对于仪器中这些部件的位置相关。4符号和缩略语
S,元素的原于柑对灵敏度因子
S\元素i的平均基体相对灵度齿于S元素i的元素相对灵敏度因子
AES假歇电子能谱（Augcrclctronspcetroscopy）AMRSF--均基体相对灵敏度因--(average matrix relative sensitivity factor）ARSF原子相对敏度因了（atomicrelativcsensitivityfactor）ERSF
元索相对灵敏度因子（celemcntal rclativc sensitivityfactor）IERF强度能量响应脑数(intcnsity-cncrgy response functian)RSF
相对灵敏度凶子（rclativc sensiivitylacior）xPSx射线光电了能谱（X-rayphotoelectronspcctroscopy）5概述
在AES利XPS的许多定量分析应用中，经常使用相对灵敏度因子（RSF)。RSF分为3种类型：元素相对灵敏度因了（ERSF）、原子相对灵敏度因子（ARSF)和乎-均基体相对灵敏度因子（AMRSF）。附录A中A.3给出「这3种类型相对灵敏度因了的定义公式，A.2给山「这些公式的基本原理。ERSF最简单且最易于使用；似由于没有考虑基体校正因子（见Λ.3)，这种定量方法准确度最差。AES的基体校正因子在0.1～8之间变化L\，而XPS在0.3～3之间变化1。ARSF比ERSF更准确，这是因为在ARSF中考虑「原子密度的差异，这通常是最大的一项体校正，由于AMRSF几乎完全校正了基体效应为最可靠的RSF。建议ERSF仅用于半定量分析（即粗略估计红分），而定量分析时使用ARSF或优先使用AMRSF。定量分析中不能使用AMRSF时，才便用ARSF（例如，光法可靠地测定某些能最处饿歇电子或光电了的非弹性平均白出程）。在AES和XPS的分析中，使用与测量RSF时完全相同的程序来测量俄歇电子和光电于的强度至关重要。对于-些AES应用（如溅射深度剂析）.通常使用微分模式的俄歇电子信号的蜂峰高作为俄2
GB/T30702—2014/1S018118:2004歇电子强度的测鼠值;对于片他AES应用（如扫描歇显微术),用直接谱中峰最高处的强度与附近背景信号强度的差作为俄歇电了强度的测量值。对于多数 XPS应用和一些 AES应用,用自接谱的峰面积作为光电子或俄歇电子强度的测量值。相对灵敏度因了依赖于激发源参数（如AES中人射电子的能量和XPS中选择的X射线能量）、能谱仪几何结构配置参数（如AES中电了束人射角、XPS中X射线源与能臣分析器轴的夹角、能量分析器探测到的样品面积以及能量分析器的接收立体角)和样品相对于」述部件的取向参数，分析器探测面积和接收立休角依赖丁分析器的设置参数（如光阑的选择、分析器工作在固定能量模式下还是工作在固定减速比模式下以及相应的分析器通能或减速比）。测得的俄歇电子或光电子强度依赖于第6章中所描述的仪器参数。因此，使用与ERSF测量时完全相同的仪器参数和样品取向对于测定俄歇电子和光电了强度至关重要。使用与ERSF测量时相同的数据分析程序（见篇7章)来测量术知样品的信号电子强度也至关重要，
商业化的AES和XPS仪器通常提供一种或多种带用操作条件下的·-套ERSF，通常在相间型号仪器或在某些情况下类似仪器上测得这些ERSF。推荐分析人员检查仪器提供的待分析元素的ERSF，以确保所提供的ERSF准确，此外,仪器的强度随能量的响应函数(IERF)可能会随时间变化，见第 8章。此变化可使用校正软件4-校正。另外，分析人员可通过测量选定的ERSF检查IERF随时问的变化见第8章。
6测量条件
6.1概述
测量未知样品的条件（如仪器配置、样品取向和仪器设置）应与所选用的ERSF测量条件相同，应特别注意下列参数。
6.2激发源
对于未知样品的测量，AES的入射电了能量和XPS的X射线源应与所选用的ERSF测量相同，6.3能量分辨率
对于未知样品的测量，电了能量分析器的能量分辨率（出选定的光闲大小，逝能或减速比决定)应与测量ERSF时相同-引]，使用蜂面积作为信号强度除外，6.4能量步长和扫描速率
对于已选定的能量分辨率，采集数据时应选择合适的能量步长（每通道的能量）利扫描速率，使谱的畸变可以忽略。
6.5信号强度
AES中的人射电子流或XPS中的X射线强度应与加在检测器上的电压一同调节，使测得的信号强度在1%误差范围内正比丁入射电子流或X射线强度，见ISO21270。或者，经计数损失校准后的信号强度应在1%误差范囤内正比于人射电流或X射线强度，见ISO21270。6.6增益和时间常数（适用于模拟信号探测系统的AES仪器）测量未知样品的探测系统设置应与测量ERSF时相同。应使用足够短的时间常数6以使谱图的特征形状在数据采集过程中没有明显畸变。应调节探测系统增益以使相关峰的强度测量在检测器的线性响应范围内：
GB/T 30702—2014/ISO 18118:2004注：在脉冲计数系统中,检查检测器线性响成的少骤见ISO 21270。对了模拟AFS系统，如果仪器有足够多的控制档可用IS21270中的方法。
6.7调制获取微分谱
在AES中使用微分谱通常较为为便。对分析器施加调制电压17.\或数值处理直接谱可得到微分谱!°,10]。通常用2eV～~10eV(峰峰)的调制或数值微分。测量末知样品时调制电压应与测量ERSF时相同，
注：在AES中，数值微分的峰衰减以及Savitzky和Galsy微分方法详见参考文献9]和[1o]7数据分析步骤
未知样品谱图分析的步骤应与测量ERSF时相同，为了从所测量的接谱中获得峰面积或峰商度，应选定好本底并从所测得的谱图中扣除（见ASTME995!）最常用的本底13包括线性本底，Shirlcy本底13或Tougaard本底11。在AES微分谱中测量峰峰高或峰本底高通常较方使，为此，可直接采集微分谱图（在模拟探测仪器中)或者对所测的直接谱进行数微分。微分处理术知样品谱图所用的数值处现程序和参数应与用参考样品测定ERSF时相同，见6.7，注1：本底扣除步骤详见ASTME99元U注2：在AEt.数值微分的咚衰减以及Savitzky和 Golay微分方法详见参考文献[s」和_l]注3：参考义献_16二给出了在使用微分谱测量司一元案不同化学态时，获得致性结策的操作北骤信息同对提资了测楚咚面积的类似情息
8强度能量响应函数
强度能量响应菌数(IERF)是电子能量分析器在传输电了时其效率与电子能量的两数关系的量度，也是检测器系统操测电了时其效率与电了能量数关系的量度1.17.18]。通常改变分析器的通能、减速比和光阑大小，IERF将发生变化，男外，在检测器使用寿命内-由于检测器效率随能量的函数关系常发牛变化。对于相同仪器设置参数,同一类型不同仪器(产白于同一厂商)的IERF通常也可能不同因此，推荐定期（如每隔6个月）用校准软件校准强度标[4，或者测量选定元素（在能量标工作范围内出现俄歇电子或光电子峰)的ERSF。如果检测器表面在任何可能会影响其效率的环境气氛中暴露过，以及绝缘膜沉积到分析器的表面上（如来白丁非导体推品的溅射），则也应做此检查。仪器测得的选定无素的 ERSF成记录在T作日志中,并给山结果随时间的函数关系,以便丁监测ERSF的变化。9用相对灵敏度因子测定化学组成9.1化学组成的计算
9.1.1概述
用式（A.5)和式（A.6)或录A给出的其他公式之--测定米知样品的化学组成。道常使用式（A.6）.似忽略了基体项。对于某些类型的相对灵敏度因子.其基体项等效为1，可以忽略。是当使用其他类型的灵敏度因子时.在AES分析中基体因子可高达811],在XPS中基体因子可高达 3-2]。所以。计算得到的化学组成的推确度明显与所使用灵敏度因子的类型有关，这将在附录A中予以讨论。注1：AES和XPS不能直接探测氧和氮。未知样品中可能会含有其中一种元案（如有机化合物），其定盘分析将会行在系统谈善、除非设计了某种方法克服此局限。GB/T 30702—2014/1S 18118;2004注2：在--些应用,如果使用与未知样品组成和似的参考样品,则可得到满意的结果。此时，测量出未知样品和参考样品的屯了信号强度，出式(A,4)计算出未知样品的组成，如果两种材料的组成相近,则可忽略基体因子，式(A.4)有效。然而,分析人员应知道,组成己知的参考样品难以制备：例如,由于拌优溅射效应,通带经离子溅射清洁过的化合物，其表面组成不同了体相组成，如果对所分析样品也作相似的避射，会有助于组成分析。问是射引起的变化超出了本标难的范围。对参考样品适当的刮削、断裂或解是得到与未知样品相近表面的合适了段。
9.1.2用元素相对灵敏度因子测定组成用仪器制造商提供或分析人员测出的ERSF即SF，由式（A,6)计算出未知样品的组成。9.1.3用原子相对灵敏度因子或平均基体相对灵敏度因子测定组成用ARSF（即SA）或AMRSF（即SA），通过式（A.6)可计算出末知样品的组成。注1：ARSF出仪器制造厂商提供或分析人员通过式（A.9)让算得出。注2：AMRSF通过式(A,10)勺式(A.11)--式(A.34)计算得出，9.2计算组成的不确定度
许多因素均影响由RSF确定的化学纠成1不确定度。附录B列出了在这些测量中可能的不确定度信息。
GB/T 30702—2014/IS0 18118:2004A.1符号和缩略语
俄歇电子能谱
元素讠的原子质量
附录A
（规范性附录）
相对灵敏度因子公式
化介物分子式中元素：的原子数元素的壳层能级的结合能
能带带隙
元素的俄歇电了或光电了动能
自比电子气的等离激光能量
射电子的能量
元素；的基体校止因了
元素的基体校止因了
参数cosa利w：的钱德拉塞（Chanclrasekhar)函数未知样品中元素：的测量强度
未知样品中光素了的测莹强度
参考样品中元素的测量度
参考样品中元素；的测量强度
关键材料中的测量强度
含元素化合物的分子质量
伏伽德罗常数
平热基体样品的原子密度
元素的原子密度
每个原子或每个分子的价辈电子数关键元素的原子密度
参考样品的原子密度
未知样品的原子密度
未知样品中己识别的元素数
平均基体样品的弹性散射校止因子元素：的弹性散射校正因子
垂真出射（发射角20）时元素的弹性傲射校正因子参考样品中元素主的弹性散射校正因子未知样品中元素：的弹性散射校正因子参考样品中元素i的背散射因子
未知样品巾元素的背散蔚因了
半均基体样品的背散射因子
元素i的背散射凶子
相对灵敏度因子
A.2原理
元素i的元素相对灵敏度因子
元素：的原子相对灵敏度因子
元素；的平均基体相对灵敏度因子元素i的相对灵敏度因子
元素；的相对灵敏度因了
元素i的纯元素相对灵敏度因了
指定化介物中元素主的儿素相对灵度因子GB/r 30702—2014/1S0 18118:2004过压比，等于人射能量与特定壳层或亚壳层电子结合能的比值末知样品中元素的原子分数
参考样品中素主的原子分数
X射线光电子能谱
原了序数
平均基体样品的原子序数
相对于表面法线的发射角
元素的输运平均白由程与非弹性平均自出程的比值固体密度(kg·m\）
元素；的单次散射系数
电子束人射角
确定元素：的5，时的一个系数
确定元素主的时的一个系数
确定元素主的,时的一个系数
确定儿素的时的个系数
平均基体样品的电了非弹性平均白由程元素；的电了非弹性平均自出程参考样品中元素的电了非弹性乎平均自出程未知样品中元素讠的电了非弹性平均白出程均匀样品的定最分析可来用未知样品（样品材料表面组成待定)的俄歇电子或光电子强度1与己知表面组成（纯元素或合适化合物）的参考样品的相应峰强Irf进行比较的方法，以消除仪器因素或在某些情况下基体因子的影响。只有两名分析条件相同时才能逃行这种比较。最简单的情况是假定样品表面由单一物相纽成，且在原子水平上是平整的，此时可根据文献1.2=~24给出测量强度比值：I kXnkNukQk(1+k)unk
ImXN\Q\(1+r)ap
式中：
X和X分别为木知样品和参考样品中元素的原子分数；N和N对应于原于密度；Q和Q对应于电子弹性散射校正[2:r和对应于AES的背散射因子（对于XPS，这些项等于0）;k和入对啦于电了非弹性平均白由程。已知式（A.1)中的弹性散射校正项和非弹性平均白由程在特定俄歇峰或光电子峰的电子能量E：处确定。背散射因了项在电子能量E，处确定，与E：相应结合能E。对应于产生所测元素俄歇峰的初始电离能。
根据式（A1)，可由式(A.2)求山X7
GB/T30702—2014/ISO18118.2004IrkyXrNQr(l+r
()NQp(=Xr
此处F，为特定末知样品与特定参考样对比测量中元素的基体校正因子，对于AES，如果参考强度为纯元素样品<×1)的强度，则F，在0.1～8之间11,有=分之：-在0.5～1.5的范之外；对于XPS,F，更接近于1,H处于0.3~3范用之内i。已识别n个儿素的未知样品中，元素1的原了分数为1：Xh
J ret
基体因子与材料的组分有关，因此方程：定要叠代求解，当然，在解出式（A.3)之前，组分是未知的。如果为了简化，假设式(A.2)中涉及的两个样品的原子密斑、背散射因了及非弹性平均白由程相同,则基体因了F,等下1,参考原子分数等于1。对于这些假设，如未知样品由 n种元素组成,则这些元素的原子分数X，可通过式(A.4)得到-2-]：X
尽管式（A.4)简单且常用于AES或XPS定品分析-但应强调这种分析是盐于未知样品中元素的基体校正因严F，等于1的简化假设：事实上，F：值（以纯元素为参考样品计算X端）对于八ES介于0.[～8之前(有三分之一在 0.5～I.5 范围之外):11;而对于 XPS,F,值介于 0.3～3 之间-2]。定量分析过程需要I7值，利用式（A.3)或式（A.1），可从测量山未知样的「值求山分数组分X，有些元素可以方使地制备山高纯度（通常优于99%）周体，并月在AES或XPS仪器中只有清洁的表面，对这些元素进行系列的测量可得到Ik值。对于其他光素（如碱众屑以及诸如氧、氮和卤素等在常温下为气体的元素），可以对含有要分析元素的化合物进行类似测量得到I\。如果不校正基体效应[式(A.3)中的基体效应因子F以及在B.2中将要讨论的其他基体效成二，则不同化合物中同一元素的1可能不同2.37。
对于选定的关键元素特定峰，在实际使用中通常将 11f归一化为1较方使1.7.2-25,20.31.32.331。在XPS中，通常将氟化锂中氟的Is光电了谱线强度归一化为1在AES中，通带将银M4..VV俄电子谱线强度归一化为1。
A.3相对灵敏度因子
A.3.1引言
本条给出了三种不同类型的相对灵敏度因子(RSF)定义式，RSF可由I获得。对于含有n个元素的未知样品.可用元素的RSF（即SRF）由式(A.5)计算其原了分数X，IunkF
(pkFa)
通过令SRSF等于归·化的I，代人式（A.3)导出式（Λ.5）。如果为了简化：忽略基体校止因子，则式(A.5)变为：
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