原理

XPS的工作原理主要基于光電離作用。當一束光子輻照到樣品表面時，光子可以被樣品中某一元素的原子軌道上的電子所吸收，使得該電子脫離原子核的束縛，以一定的動能從原子內部發射出來，變成自由的光電子。在光電離的過程中，結合能可以用下面的方程表示：

Eb=hv-Ek

式中：Eb：特定原子軌道上的結合能

Hv：X射線光電子能量

Ek：出射的光電子的動能

由于光電子的能量較弱，樣品表面超過10nm深度的光電子基本無法逃逸出來，因此XPS的分析范圍為樣品淺表面10nm深度以內。在光電離過程中，出射光電子的能量僅與入射光子的能量及原子軌道結合能有關，對于特定的單色激發源和特定的原子軌道，其光電子的能量是特征的，因此可以根據光電子的結合能定性分析樣品中元素的種類。由于原子軌道上的電子在不同的化學環境中是不一樣的，存在一些微小的差異，這種差異就是元素的化學位移，利用這種化學位移可以分析元素在該樣品中的化學價態和存在形式。

儀器配置

• X射線束斑直徑：10 ~ 200 μm;

• 定性定量分析：表層（<10nm）元素組成及價態，探出限0.1 at%;

• 微區精確定位：10 ~ 1400 μm;

• 能量分辨率：XPS：0.10 eV；UPS：110m eV ；IPES：<0.45 eV;

• 輔助裝置：Ar離子槍、 GCIB 團簇槍、雙束中和、冷熱樣品臺、氣體反應器、真空轉移裝置;

儀器功能

• 表面靈敏度：主要獲得表面深度10 nm以內的成分信息；

• 全譜掃描：表面納米級厚度元素成分表征 ( Li~U)；

• 窄譜（精細譜）掃描:  每種元素存在的化學態信息表征；

• 定量分析：元素以及化學態的百分含量 （探出限：原子百分比0.1%）；

• 線和面掃描：各元素/化學態在線或面表面的分布；

• 深度剖析：不同成分的深度分布信息，從而表征表面的鈍化程度，摻雜深度，吸附或擴散深度，薄膜結構等；

• 價帶譜，功函數分析（UPS)，導帶譜(IPES)；

樣品要求

• 無磁性，無放射性，無毒性，無揮發性物質；

• 樣品要充分干燥； 

• 固體薄膜或塊狀固體樣品切割成面積大小為5mm ╳ 8mm, 厚度小于6mm；

• 粉末樣品最好壓片（直徑小于8mm），且不少于0.1g；

典型案例

元素組成及價態分析

微區分析

深度剖析

變溫價態分析

UPS和反光電子能譜分析

如何檢測：

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