本文件规定了俄歇电子能谱和X射线光电子能谱的峰强度测量的分析结果报告中所要求的必要信息，也提供了峰强度测量方法和导出的峰面积不确定度的信息。

ICS71.040.40
CCS G 04
中华人民共和国国家标准
GB/T28893—2024/IS020903:2019代替GB/T28893—2012
表面化学分析
俄歇电子能谱和
X射线光电子能谱
测定峰强度的
方法和报告结果所需的信息
Surface chemical analysis—Auger electron spectroscopy andX-ray photoelectron spectroscopy-Methods used to determine peakintensities and information required when reporting results(IS0 20903:2019, IDT)
2024-03-15发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-10-01 实施
GB/T28893—2024/ISO 20903:2019前言
规范性引用文件
术语和定义
符号和缩略语
测定直接谱峰强度的方法
非弹性本底的选择和扣除
峰强度的测量
用计算机软件测量峰强度
重叠峰谱图的峰强度测量
峰面积的测量不确定度
6俄歇电子微分谱的峰强度测定方法6.1
俄歇电子微分谱强度的测量
俄歇电子微分谱强度测量的不确定度测量峰强度方法的报告
一般要求
测定直接谱峰强度的方法
获得和测定俄歇电子微分谱峰强度的方法附录A（资料性）仪器对测量强度的影响次
附录B（资料性）确定XPS谱峰强度时可用的积分限值参考文献
GB/T28893—2024/IS020903:2019本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件代替GB/T28893一2012《表面化学分析俄歇电子能谱和X射线光电子能谱测定峰强
度的方法和报告结果所需的信息》，与GB/T28893一2012相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：
更改了术语和定义（见第3章，2012年版的第3章）；a）
b）更改了6.3的内容，替换为包括处理共存化学态的现代方法（见6.3，2012年版的6.3）。本文件等同采用IS020903：2019《表面化学分析俄歇电子能谱和X射线光电子能谱测定峰
强度的方法和报告结果所需的信息》。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国微束分析标准化技术委员会(SAC/TC38)提出并归口。本文件起草单位：厦门荷清教育咨询有限公司、厦门大学。本文件主要起草人：徐富春、时海燕、零丹霞、汤丁亮、刘芬、王水菊。本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为：2012年首次发布为GB/T
28893—2012；
一本次为第一次修订。
GB/T28893—2024/IS020903:2019引言
俄歇电子能谱和X射线光电子能谱的重要特征是能获得固体样品表面区域（深度～1nm～10nm)
的定量分析结果，这样的分析需要测定谱峰的强度。有几种峰强度测量方法适用于AES和XPS。实际上，方法的选择将取决于所分析样品的类型、所用仪器的性能以及可用的数据采集与处理方法。1范围
GB/T28893—2024/IS020903:2019表面化学分析俄歇电子能谱和
X射线光电子能谱测定峰强度的
方法和报告结果所需的信息
本文件规定了俄歇电子能谱和X射线光电子能谱的峰强度测量的分析结果报告中所要求的必要信息，也提供了峰强度测量方法和导出的峰面积不确定度的信息。2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
IS018115-1表面化学分析词汇第1部分：通用术语及谱学术语(Surfacechemicalanalysis-Vocabulary—Part 1:General terms and terms used in spectroscopy)注：GB/T22461.1—2023表面化学分析词汇第1部分：通用术语及谱学术语（IS018115-1:2013,IDT）3术语和定义
IS018115-1界定的术语和定义适用于本文件。4符号和缩略语
下列符号和缩略语适用于本文件。A：峰面积(peakarea)
AES：俄歇电子能谱(Augerelectronspectroscopy）b:用于强度平均获得基线的通道数(numberof channels overwhichintensities areaveraged toobtain a baseline)
eV：电子伏(electronvolts)
n:谱图中的通道数(numberof channels in a spectrum)XPS:X射线光电子能谱(X-rayphotoelectronspectroscopy）y：谱图中第i通道的计数(number of countsin theith channel of a spectrum)△E：通道宽度，单位为电子伏(eV)(channelwidth,inelectronvolts）△t：每通道的驻留时间，单位为秒(s)(dwelltimeper channel,in seconds)o(A)：计算峰面积的标准偏差(standard deviation of calculated peak area)5测定直接谱峰强度的方法
5.1通则
图1a)显示了X射线光电子能谱的一部分，其强度标示为动能自左向右增加或结合能自右向左增GB/T28893—2024/IS020903:2019加的函数。强度标尺通常以counts为单位，有时也用counts/s为单位。强度也可以用数字化的电压表示；当俄歇微分谱的强度从模拟检测系统中获得时，通常使用这种程序。能量通常以eV表示。x
a）待测量峰强度的XPS谱峰，垂直线表示对于Shirley本底结构的合适界限Y
b）a)图中扣除非弹性本底后显示的XPS谱峰(阴影区域表示待测量的峰面积）标引符号说明：
Xi结合能(eV);
X2——动能(eV)；
Y—强度。
图1X射线光电子能谱中单峰强度测定步骤的图示（如5.2和5.3所述）X射线光电子能谱中单峰强度能用5.2和5.3所述的程序测量，或用5.4所述的计算机软件测量，含有重叠峰的能谱峰强度测量如5.5所述。5.6给出了测量的单峰峰面积的不确定度信息。在俄歇电子能谱的直接谱中，单峰强度能用5.2和5.3所述的步骤测量，尽管可能需要先扣除二次电子本底[1][2]。或者如5.4所述，计算机软件能用于测量峰强度。在某些情况下，关注的谱峰可能叠加在倾斜的本底上。这种本底可能来自俄歇电子或高初始能量的光电子的多重非弹性散射、初级电子的多重非弹性散射（对于AES），或来自韧致辐射引起的光发射(对于非单色X射线源的XPS）。在进行5.2～5.5所述的峰强度测量之前，从谱峰邻近的能谱中扣除这种本底可能是必要的（例如使用5.2中所述的Tougaard非弹性本底）或是可取的。这种扣除通常能在能量高于关注谱峰10eV～30eV之间把倾斜的本底拟合为一条直线，并将该直线外推到低能量，再将这条线性本底从能谱强度中扣除。如果线性函数对于描述关注能谱范围的倾斜本底被判定无效（例如模拟AES初级电子散射的本底），能用指数函数[3]。5.2非弹性本底的选择和扣除
应从测量能谱中选择并扣除恰当的非弹性本底。常用下列三种类型的非弹性本底：a）线性本底；
b积分或Shirley本底[4]，
c）Tougaard本底[5］~[2]和Werner本底[819]，是基于描述固体中非弹性电子散射的物理模型。参考文献4]~［13和ISo/TR18392给出了测定Shirley、Tougaard和Werner本底的程序及软件的信息。
从实践的观点，特定本底的选择将取决于：a）相关的软件是否方便适用；b）所分析样品的类型。线性本底用于绝缘体通常是合适的，而Shirley本底则常用于金属。虽然这两种本底都简单且便于使用，但这两种本底两端的界限（能量标的起点和终点）宜谨慎选择使本底在重叠区的谱线尽可能接近2
连续。
GB/T28893—2024/IS020903:2019特别是，Tougaard法对于本底确定和扣除[51L优于Shirley本底法，因其描述非弹性散射过程的物理特性更准确[15][16]。Tougaard和Werner方法的更大优势还在于对起始能量点和终止能量点的精确位置不敏感，只要它们明显处于远离关注的主峰的能谱区域（通常起点能量比关注的峰至少高10eV，而终点比关注的峰至少低50eV）。与使用线性或Shirley本底相比，这一要求的缺点在于要记录较大能量范围的能谱。
作为示例，图la）显示了待测量强度的XPS谱峰。垂直线表示使用Shirley本底法的合适界限。图1b）显示了扣除Shirley本底后在扩展的能量标上的能谱。为了显示清晰，图1b）中强度标的零点置于纵轴的2%处，其端点则与图1a)的端点相同。相邻通道间的平均可有助于确定所选端点处的信号水平，从而改善峰高或峰面积测量的精确度。用于平均的一组点可以选择在所选端点的内侧或外侧，或者可以置于端点为对称的两侧。端点应选在离峰足够远的地方，使平均过程不包括明显的峰强度。Harrison和Hazel[1l推导出了峰面积测量中预估不确定度的表达式（见5.6），并表明了这种不确定度的很大贡献来自端点的选择及这些端点的强度所产生的不确定度。
以宽度小于峰的半高峰宽强度的50%进行Savitzky-Golay卷积平滑谱图[18]，可以改善峰高测定的精确度。平滑不能改善精确度，而且如果平滑过度，会使能谱畸变，因而峰面积测定宜避免平滑。附录B提供了测定XPS谱的峰强度或峰面积时，选择合适的能量界限信息。5.3峰强度的测量
5.3.1峰高度的测量
测定峰高度的方法有：(i）用直尺直接测量输出的谱图；(i）用计算机软件获得基线和谱峰最大值间的强度差；（i）用计算机软件对实验谱图（即界定感兴趣谱峰的数据点集合）的峰形进行拟合(Gaussian,Lorentzian或者这二者的混合[10]~[12])。图1b）中带箭头的垂直线长度是测量的峰高度，单位为强度标规定的单位(counts或counts/s)。使用峰高度由于其处理速度和该方法能方便应用于许多仪器，因而在后续数据处理中具有优势。然而，使用峰高度测量作为强度测量方法有若干缺点：(i）对于元素的复杂化学态所引起的峰形变化不敏感；(i）忽略了谱图中二次特征峰（例如卫星峰)的谱峰强度；(i）测量高度非常依赖于非弹性本底的选择。
仪器操作宜合理设置以避免强度标出现明显非线性[19]；或宜对于因计数电子学单元限定死时间所引起的计数损失进行修正[19]。在峰高度测量前，谱图宜根据仪器的强度-能量响应函数进行校正[20]。更多的信息见附录A。
5.3.2峰面积的测量
所有现代AES和XPS都有能用于测定峰面积的计算机软件（例如通过对非弹性本底以上的计数进行加和或数值积分）。或者，由合适的分析函数拟合谱峰后所得该峰的相应参数值能计算峰面积[10]~[12]。图1b)中阴影面积表示由图la】中的端点并扣除非弹性本底后所限定峰积分得到的峰面积。AES或XPS谱图中的每通道测量出来的强度依赖于仪器参数和设置20]。对于规定的仪器条件，每通道的测量强度可简单表示为若干counts（或counts/s)/eV：附录A提供了更多的信息。峰面积(或峰强度）因而可以表示为特定的加和或积分的能量区域的总counts（或counts/s）。仪器操作宜合理设置以避免强度标明显非线性[19]；或宜对于因计数电子学单元限定死时间所引起的计数损失进行修正[19]。在峰面积测量前，谱图宜对仪器的强度-能量响应函数进行修正[20]。更多的信息见附录A。
GB/T28893—2024/IS020903:2019在使用AES和XPS中，分析人员通常希望在仪器设置基本相同（例如，分析器模式、通能（对于固定分析器能量模式）和减速比（对固定减速比模式））情况下，比较当某些设置不同（例如，不同的能量通道宽度或不同的驻留时间）时所测量的峰强度。分析人员通常不知道影响测量峰的绝对强度某些参数（见附录A），因为实际分析只需要相对强度。在这种情况下，峰强度能由某些特定条件下测量谱图的简单加和或积分来确定，这些强度通常以counts-eV或counts-eV/s为单位表示。对于不同的通道宽度和停延时间当需要时即能进行峰面积的修正，更多的信息见附录A。采用由峰面积测量得到峰强度比采用峰高度测量有某些明显的优势。首先，能考虑由任何化学变化引起的峰高降低和峰宽增加（与固态单质的相应值比较)对峰面积测量的影响。其次，任何卫星峰强度能够容易地包含在峰面积测量中。然而，对于可能有重叠谱图特征（见5.5）多元素组分的复杂样品材料，峰面积测量的不确定度可能增加。在这种情况下，导出的峰面积值可取决于5.2中非弹性背景函数的选择和位置。
5.4用计算机软件测量峰强度
计算机软件能用一个选定的描述峰形的分析函数和另一个描述非弹性本底的函数对测量的谱图进行拟合L10」［12」。这种方法主要是把5.2和5.3表述的步骤结合为单一程序。如果在使用非单色化辐射时所记录的谱图中包含了X射线卫星峰，那么可能需要从原始XPS谱线中先扣除X射线卫星峰（见5.2）。AES的峰形可能比XPS的峰形更为复杂，用拟合XPS谱图的分析函数相似拟合AES谱的结果可能不令人满意。在这种情况下，峰强度可通过谱图加减、主成分分析或基于合适参考谱图的最小二乘法拟合获得[21]。
5.5重叠峰谱图的峰强度测量
许多实际情况下，由于存在同一元素化学位移峰、多种元素峰或X射线卫星峰，在关注的区域中一幅谱图可能包含两个或两个以上的重叠峰。例如，图2显示了用非单色化AlKaX射线源测量氧化钒箔的X射线光电子能谱图。该谱中较强峰来自V2p和01s光电子，这里也有一个由A1Ka34卫星线激发的O1s光电子弱峰和V2p峰重叠。化学态的正确识别需要仪器结合能标的校准[22]，而对非导电样品，则使用荷电控制或荷电校正程序[23]。对于重叠峰的谱图，应测量所选择谱图区域分析函数拟合峰的强度[10]～[12]。峰高和峰面积能够通过每个峰所得到的参数值确定。x550
标引说明：
结合能(eV):
Y—强度：
1——01s的X射线卫星峰。
图2非单色的AIKaX射线测量氧化的钒箔的X射线光电子谱图4
5.6峰面积的测量不确定度
GB/T288932024/ISO20903:2019
测量结果（如峰面积）的不确定度通常由几个分量组成，按照使用评估不确定度分量数值的方法可以分为以下两类[24]：
A类：使用统计方法评估；
一B类：使用其他方法评估。
A类不确定度是指由随机影响引起的不确定度分量，而B类不确定度则是指由系统影响引起的不确定度分量[24]。对于峰面积测量，A类不确定度可能源于谱图测量的计数统计和对谱图的非弹性本底拟合（见5.2）。B类不确定度通常源于非弹性本底函数的选择（见5.2）、终点的选择（见5.2）、描述所测量谱图峰形函数的选择（见5.3和5.4)、峰拟合计算机软件的选择[25]以及非线性最小二乘拟合算法中初始参数的选择。测量的总不确定度可由标准偏差（对于A类不确定度）和B类不确定度的评估得出[24]
测量的单峰峰面积A的标准偏差α（A）由公式（1)得出[1?]：(2y.)+ (n 2) (3: +3.)
式中：
测量峰面积的标准偏差；
测量的单峰峰面积，单位为counts-eV/s:谱图中的通道宽度（或能量步长)，单位为eV;每个通道的驻留时间，单位为秒(s);谱图中通道数；
第i通道的计数。
如果峰面积测量以counts-eV表示，则由式（1)得到的α（A）宜乘以△t。.(1)
公式（1)包括了实验谱图中统计噪声和由基线位置［公式（1)中的最后一项]产生的不确定度贡献，后者对于噪声明显的谱线尤为显著。后一项不确定度如5.2所述可能减小，这种情况下α（A）由公式(2)得出：
式中：
测量峰面积的标准偏差；
(2y.)+ (n 2)*(y; +y.27
测量的单峰峰面积，单位为counts-eV/s；谱图中的通道宽度（或能量步长)，单位为eV；每个通道的驻留时间，单位为秒(s);图谱中通道数；
第i通道的计数；
用于强度平均以获得基线的邻近终点的通道数。公式(2)的最后一项通常大于前一项，在这种情况下，(A）将减小到约为式(1)所得值的b-s[?]重叠峰谱图峰面积不确定度的测定比单峰情形更为复杂。特别是如果有一个高度重叠的峰以及如果必须对非弹性本底函数和描述峰形的函数作出假设，则B类不确定度可大于A类。A类和B类的不确定度信息可见参考文献[17][26]～[30]。6俄歇电子微分谱的峰强度测定方法6.1通则
在AES中，直接谱的一阶导数作为动能的函数作图，谱图通常用微分模式呈现。如果直接谱记录5
GB/T28893—2024/IS020903:2019为以counts为单位的强度和以eV为单位的能量的函数关系，微分谱中的强度则以counts/eV为单位。6.2俄歇电子微分谱强度的测量
图3示意了通常用于测量俄歇电子微分谱峰强度的两种方法：a）峰-峰强度（测量微分谱正负峰值间的幅度）；b）峰-本底强度（在谱图的高动能端测量负峰到本底的幅度）。在早期商用AES仪器中，这些强度通常是用电子学方法测量，但微分的数值方法现在也被采用18」。峰-峰或峰-本底的强度测量能快速进行因而是有用的，如深度剖析研究Y
标引符号说明：
X动能，ev;
Y——强度；免费标准下载网bzxz
峰-峰；
b—峰-本底。
图3标示峰-峰和峰-本底强度测量的俄歇电子微分谱示意图6.3俄歇电子微分谱强度测量的不确定度俄歇电子谱线形状可能非常复杂并且经常随化学态的变化而明显变化[31]，如目标因子分析(TFA)、主成分分析(PCA)、线性最小二乘法(LLS）拟合（当参考谱合适时）等数学程序通常用在当今的俄歇数据简化软件中，以分开直接谱和微分谱中的化学态或去除其中的干扰峰。此外，曲线拟合能用于分开直接谱中的化学态或重叠元素。图4a）中的数据显示了金刚石碳和石墨碳在直接谱和微分谱上的细微峰形差异。这些细微的峰形差异使用线性最小二乘法拟合足以分开这两个物种，如图4b）所示。同样，LLS用于分开金属Zn深度剖析时，Zn氧化物中Zn的两种化学态，如图5所示。0.5μm
28893—2024/IS0
200220240260280300
200220
a）金刚石颗粒和石墨基底的二次电子显微图像（SEM）和CKLL俄歇直接谱与微分谱0.5μm
b）用LLS分离金刚石碳和石墨碳两种化学态得到的俄歇成像标引符号说明：
动能，单位为eV;
直接谱强度，单位为counts或counts/s；微分谱强度，单位为counts/eV或counts/(s-eV);SEM图像；
石墨基底的直接谱；
金刚石颗粒的直接谱：
石墨基底的微分谱；
金刚石颗粒的微分谱；
金刚石像；
-石墨像；
金刚石像和石墨像的彩色叠加：金刚石颗粒的SEM图像；
石墨基底的SEM图像。
图4石墨基底上金刚石颗粒的二次电子像（SEM）、俄歇谱和俄歇成像
20903:2019
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