超过99％审稿人都认可的UPS数据处理方法，你可不要做那1％哦

案例引入

如下图1是2016年的一篇Science文章UPS图[1]，核心思路很简单：打开OPV的材料库，从里面找一种能级更匹配、界面接触更好、稳定性更好的空穴传输层材料，用于钙钛矿体电池。所以一个学科的发展，可能是其它学科的肩膀。UPS原理就是爱因斯坦那极具想像力与说服力的光电效应方程（Ek=hν-W），但当时却遭遇到学术界强烈的抗拒，说明每一代科学家中都有固执的人。本文介绍这篇Science文章UPS的数据处理方法，并强调制样的注意事项。

图1 Science文章截取的能级图

数据处理

使用的仪器来自赛默飞公司的ESCALAB 250Xi，世界500强产品，更新换代快，配套的软件Avantage的功能集成度很高。现在UPS仪器价格也就一线城市的三环一套房，普通高校也买的起。但是，审稿人十几年前上学的时候，可没有那么多资源测试UPS，更不了解怎么处理数据了，审稿人一般不懂就不敢问你细节。所以UPS数据质量还得自己把关，免得坑读者。

数据处理分为三步： 能量校准、 Origin画图、 能级标注。

 能量校准

用的是赛默飞公司的Avantage软件，校准操作可以一键完成，如下面动图所示。这里10 eV是因为对样品加了10 eV的偏压，目的是给激发出来的表面电子助推下，有利于被探测器收集到，如果不加偏压，信号会比较弱。

能量校准-进阶版：UPS测试需带一个金标样，主要是为了校准费米能级位置。金的费米能级位置如果偏离很大（个人觉得超过0.05 eV），此时已经不是分辨率的事了,你就需要如下动图的方式进行校准：测量金的偏移值+校准。

如果仪器维护稳定，金的精细谱的一阶导数位置基本不变。另外，一般是把金标样的功函数-5.1 eV作为标定值，平时测得金功函数即使有偏差，问题也不大，属于正常现象，因为金的功函数和表面的污染有很大关系，需要刻蚀清理表面污染后测UPS。

 Origin画图

画图也比较简单，先复制Avantage里的数据到Origin里面，并进行归一化操作，然后绘图即可。数据复制+归一化如下动图：

绘图：先画好一副图，主要是修改背景、边框、范围。关于Origin图片的尺寸设计可以之前的一篇文章（Origin高效排版神技能，一步快步步快，省出三天时间选刊）。

快速绘制另一幅图的办法：拷贝第一幅图的所有格式，黏贴在这一幅图里，略微调整即可。

最后用Merge拼接两幅图。

能级标注

UPS测试半导体材料得到的两个能级位置，一个是功函数的值，另一个是价带位置。

首先，需要用Avantage软件一键计算得到功函数位置，这是软件内部集成了一套自动找二次电子截止边算法，超级节省时间。

在Origin中找到价带距离功函数的位置，这里需要手动微调，个人主观性比较大，但必须考虑材料的带隙，不能超过带隙的大小，也需要考虑材料的属性，是p型或者是n型半导体，如果这些弄错就是严重的错误了。

下面图2就是最后得到的效果图，假设该材料的带隙为1.55 eV（这可以通过吸收图获得），那么其能级位置如图2B所示：功函数为-4.78 eV，价带位置距离功函数为0.87 eV，也就是-5.65 eV，价带值加上光学带隙1.55 eV，就是导带位置-4.00 eV。

图2 UPS数据图及能级位置

至此，一副完整的UPS数据图制作完成，和Science的图1对比，只是他们对比了不同材料，画的比较多，读者可以自行多画几个。

制样细节

1. 从制样到测试腔，避免接触大气。在10-6真空条件下，1s时间内，在样品表面会吸附一个单原子层，那么暴露大气环境1s已经不知道吸附多少层杂质了，这会直接导致UPS数据失真，因为UPS测试的深度只有几个纳米。你会发现暴露空气后的每次测试结果都不一样，这导致实验结果具有随机性，当然审稿人也很可能不会想到这点。

2. UPS适合测半导体或者导体，并且要和样品台导通。粉末样品是不能测的，导电性太差。如果想通过中和枪实现电荷补偿也不行，因为这样测试得到的不是价层电子信息。

3. 不同对比样品最好一起测试。因为UPS测试非常敏感，但就科学性而言，对比的样品最好一次测完，避免莫名其妙的影响因素导致样品之间的趋势被破坏。

4. 测试前和测试老师充分沟通，如果有条件，自己测试更佳。

参考文献

1. Hou, Yi, et al. "A generic interface to reduce the efficiency-stability-cost gap of perovskite solar cells." Science 358.6367 (2017): 1192-1197.

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