紫外光电子能谱（UPS）-测试狗科研服务

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紫外光电子能谱（UPS）

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马骋

XRD、UPS、XPS、DLS、GIXRD、2D-WAXD、AFM-IR测试工程师

具有多年XPS、DLS等操作经验。精通XPS技术在材料表征上的应用，尤其在催化、电池材料的峰形处理方面具有丰富经验和实操技能。同时，在DLS样品制备和浓度效应分析上有独到的理解和实践经验。

项目介绍

紫外光电子能谱UPS（Ultraviolet Photoelectron Spectrometer）用于测定导体或半导体材料的功函数与价带顶，它是以紫外线为激发光源的光电子能谱。激发源的光子能量较低，该光子产生于激发原子或离子的退激，最常用的低能光子源为氦Ⅰ和氦Ⅱ。紫外光电子能谱主要用于考察气相原子、分子以及吸附分子的价电子结构。

应用：电子能谱目前主要应用于催化、金属腐蚀、粘合、电极过程和半导体材料与器件等这样一些极有应用价值的领域，探索固体表面的组成、形貌、结构、化学状态、电子结构和表面键合等信息。随着时间的推移，电子能谱的应用范围和程度将会越来越广泛，越来越深入。由于紫外光电子能谱的光源能量较低，线宽较窄（约为0.01eV),只能使原子的外层价电子、价带电子电离，并可分辨出分子的振动能级,因此它被广泛地用来研究气体样品的价电子和精细结构以及固体样品表面的原子、电子结构。

样品要求

1. 样品为块体或薄膜，尺寸小于1*1cm，厚度小于2mm，最好是新鲜干燥的薄膜、块体材料，表面平整无污染（请标记好测试面）；

2. 粉末样品实验室制样一般压缩在导电胶上。如果客户使用旋涂法制备样品，要求是基材材质为ITO、FTO、单晶硅片等半导体材料。旋涂成膜也可以，要求均匀，厚度大于测试深度2nm，若制样造成数据问题，需您自行承担责任；

3. 尽量注明膜厚度，测试时作为参考；

4. UPS的光斑大小一般是1*1-3*3mm；默认激发源采用HeI（21.22eV）；

5. 测试粉末样品风险大，不建议做，测试反馈真实数据，若是样品问题造成数据问题，不支持解释与复测，下单即默认接受风险；若提供粉末样品，最好能多提供一些样品以便实验调整，至少需要50mg样品，多多益善。

6. UPS块体样品测试时上下表面会粘导电胶，取下后也无法完全去除，因此UPS块体样品没有特别说明，样品不保留；UPS只测表面2nm左右的厚度，测试敏感，样品在空气中的放置时间长短也会对结果造成影响，因此不支持复测，敬请谅解！

项目案例

常见问题

1、紫外光电子能谱的工作原理？

紫外光电子能谱的工作原理基于光电效应。当能量为hν的紫外光子照射到材料表面时，价带中的电子吸收光子能量后逸出材料表面。这些逸出电子的动能满足关系式：Ek = hν - EB - φ，其中EB是电子在材料中的结合能，φ是材料的功函数。

通过测量逸出电子的动能分布，并利用上述关系式，我们可以反推出电子在材料中的能带结构，包括价带顶位置、电子态密度分布等关键信息。

2、样品为什么必须是导体或半导体？

测试UPS的样品必须导电，不然测量出来的WF或者VB不准，如果样品很薄的话，对导电性的要求会比较低，但仍需导电。

3、UPS测试加偏压的目的是什么？

给激发出来的表面电子助推，有利于探测器收集。如果不加偏压，信号会比较弱。

4、测试UPS带一个金标样的作用是？

主要是校准费米能级的位置。一般费米能级位置偏离值只需要看不加偏压的Au的数据，如果需要分析Au的功函数就需要用加偏压的Au的数据。

5、UPS测试中Kinetic Energy 和Binding Energy 如何转换？

Eb+Ek=1486.6。

6、HOMO能级能通过UPS测试得到吗？

一般用电化学的循环伏安法测量HOMO，可以把UPS的价带顶作为HOMO，但与真实的HOMO的对应关系还没有定论。UPS测不了材料的所有能级，只能测费米能级、价带。

7、粉末样测 UPS 信号不好是为什么？

粉末样品在测试 UPS 时，问题较多，可能的原因有粉末样品导电性较差，形貌粗糙，或者粉末样品表面的污染物比较多，可能还有表面活性剂。我们知道 UPS 的探测深度非常小，通常只有 2-3nm，如果表面有污染，会影响 UPS 谱图。

如果要测试粉末样品的 UPS，建议尽可能提高样品质量，去除表面污染，然后制成薄膜，例如将粉末分散在酒精溶剂中，然后滴涂在导电基底（如硅片）上形成均匀薄膜。为了保证数据可靠，建议在样品表面测试多个数据点，保证数据的可重复性。

8、XPS 和 UPS 得到的价带差异在哪？

材料的价态谱既可以利用 UPS 得到，也可以通过 XPS 测得。相比来说，XPS 到的谱信号强度比较弱，需要很长的时间才能得到信噪比好的谱。而 UPS 得到的价态谱强度要大得过，要高 3-4 个数量级，这是因为低能电子相对于 21.22eV 的电子有更大的光电离截面，因此采谱时间更快，同时 UPS 有高的能量分辨率，可以清楚分辨一些比较精细的谱。

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