X射线光电子能谱/电子光谱化学分析仪(XPS/ESCA)

 

X射线光电子能谱(XPS),也称为电子光谱化学分析仪(ESCA) ，是一种无损的表面分析技术。其原理是用X射线辐射样品，使样品表面原子或分子的内层电子（或价电子）被激发出来成为光电子。检测光电子动能，然后以光电子的动能为横坐标，相对强度为纵坐标做出光电子能谱图。从而获得试样原子组成和化学键合信息。 XPS的测试深度约 50-70Å，检测限约为0.01%。此外，XPS可用于材料的深度分析。

 

XPS的主要应用

• 识别污点或变色
• 清洁度的表征
• 分析粉末和碎片的组成份
• 识别和量化表面变化前后聚合物的功能参数
• 测量硬盘上的润滑剂厚度
• 深度分析
• 测量样品的氧化层厚度

 

XPS技术性能

信号检测
光电子

元素检测
Li-U及其化合价信息

检测限
0.01 – 1% （原子百分比）

深度分辨率
20 - 200 Å（深度分析模式）
10 - 100 Å (表面分析）

成像/绘图
是

横向分辨率
10 µm

 

XPS分析的理想用途

• 有机材料、无机材料、污点、残留物的表面分析
• 测量表面成分及化学状态信息
• 薄膜成份的深度剖析
• 硅氧氮化物厚度及成分分析
• 薄膜氧化物厚度测量（SiO₂, Al₂O₃ 等）

 

XPS分析的相关领域

• 航空航天
• 汽车
• 生物医学
• 半导体
• 数据存储
• 国防
• 显示器
• 电子
• 工业产品
• 照明
• 制药
• 光电子
• 聚合物
• 半导体
• 太阳能光伏发电
• 电信

 

XPS分析的优势

• 表面元素的化学状态识别
• 除H和He外，可检测其他所有元素
• 定量分析
• 适用于多种材料，包括绝缘样品（纸，塑料、玻璃等）
• 可用于深度分析
• 氧化物厚度测量

 

XPS分析的局限性

• 检测限通常在~ 0.01 %
• 束斑较大，约为~10 µm
• 有限的具体有机物信息
• 需要超高真空（UHV）环境