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X射線光電子能譜技術(shù)的原理和應(yīng)用

來源:賽默飛世爾科技分子光譜   2023年02月15日 09:48  
X射線光電子能譜儀(X-ray PhotoelectronSpectroscopy, 縮寫XPS),它是利用X射線激發(fā)樣品表面元素的內(nèi)層能級電子信號,再用電子能譜儀檢測光電子的動能及強度,進(jìn)而確定元素的種類及價態(tài)等信息。

X射線光電子能譜儀一般由X射線源、電子能量分析器、電子探測器和數(shù)據(jù)系統(tǒng),以及其他附件構(gòu)成。除了數(shù)據(jù)系統(tǒng)外,其他部件都要在超高真空下(10-8~10-10torr)運行。原因在于,在超高真空下光電子可以避免與殘余氣體分子發(fā)生碰撞損失,另一方面樣品表面也可以避免吸附殘余氣體分子而影響樣品結(jié)果。X光源激發(fā)到樣品上,樣品表面的電子被激發(fā)出來,經(jīng)過傳輸透鏡。此后通過電子能量分析器對光電子的動能進(jìn)行分辨,再通過電子探測器對電子進(jìn)行計數(shù)。最后到達(dá)數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行分析,就可以呈現(xiàn)出最終的X射線光電子能譜。

XPS技術(shù)具有靈敏度高、分辨率高、元素分析全(除H和He)、為非破壞性分析、深度剖析、小于10 nm薄膜分析(角分辨)、元素化學(xué)態(tài)分布(XPS成像技術(shù))等特點。

1、可定性分析
根據(jù)所測得譜的位置和形狀來得到有關(guān)樣品的組分、化學(xué)態(tài)、表面吸附、表面價電子結(jié)構(gòu)、原子和分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵合情況等信息。

2、可定量分析
以能譜中各峰強度的比值為基礎(chǔ)進(jìn)行分析,把所測到的信號強度轉(zhuǎn)變成元素的含量,即將譜峰面積轉(zhuǎn)變成相應(yīng)元素的含量。

3、可深度剖析
由于樣品本身的層狀結(jié)構(gòu)如氧化、鈍化等原因?qū)е聵悠吩谏疃确较蛏匣瘜W(xué)狀態(tài)的不同。通過利用氬離子槍對樣品表面進(jìn)行氬離子濺射剝離,控制合適的濺射強度及濺射時間,將樣品表面刻蝕一定深度,然后進(jìn)行取譜分析。

4、可角分辨電子能譜分析
改變樣品表面與入射光束間的角度,即可改變?nèi)肷涔獾臋z測深度,使得檢測深度變淺,這樣來自最表層的光電子信號相對較深層的會大大增強。利用這一特性,可以對超薄樣品膜表面的化學(xué)信息進(jìn)行有效地檢測,從而研究超薄樣品化學(xué)成分的縱向分布。


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