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X射線光電子能譜技術(shù)的原理和應(yīng)用
閱讀：841 發(fā)布時間：2023-2-15
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行分辨，再通過電子探測器對電子進行計數(shù),。最后到達數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行分析,，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)信息進行有效地檢測,，從而研究超薄樣品化學(xué)成分的縱向分布,。
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行分辨，再通過電子探測器對電子進行計數(shù),。最后到達數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行分析,，就可以呈現(xiàn)出最終的X射線光電子能譜。
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,。
以能譜中各峰強度的比值為基礎(chǔ)進行分析，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,。
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,，然后進行取譜分析。
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)信息進行有效地檢測,，從而研究超薄樣品化學(xué)成分的縱向分布,。