Photoelektronenspektroskopie

Die Photoelektronenspektroskopie (XPS/ESCA) ist ein analytisches Verfahren zum qualitativen und quantitativen Nachweis von Elementen im oberflächennahen Bereich eines Festkörpers. Für die Analyse wird eine Probe mit monochromatischer Röntgenstrahlung (Al Kα) bestrahlt, so dass aus den angeregten Atomen Photoelektronen ausgelöst werden ("äußerer Photoeffekt"). Nur Photoelektronen aus den obersten ca. 5 – 10 nm einer Oberfläche können die Probe ohne Energieverluste verlassen. Mit einem hemisphärischen Analysator wird die kinetische Energie dieser Elektronen ermittelt und in elementspezifische Bindungsenergien umgerechnet. Mit der XPS können alle Elemente (außer H und He) identifiziert und quantifiziert werden. In Abhängigkeit von der chemischen Umgebung eines Elements kann es zu Verschiebungen der Bindungsenergien kommen ("chemical shift") anhand derer Aussagen über den jeweiligen Bindungs- oder Oxidationszustand möglich sind. Die erreichbaren Empfindlichkeiten sind elementabhängig und liegen typischerweise zwischen 0.1 und 1 Atom%.

Mit Small-Spot-XPS kann die Elementzusammensetzung auf sehr kleinen (Spot-Ø ≥ 10 µm) aber auch einigen mm² großen Messbereichen bestimmt werden. Punktanalysen entlang einer Strecke über die Probenoberfläche (Linescan), 2D- Elementverteilungen (Maps) oder winkelaufgelöste Analysen (ARXPS) zur Charakterisierung von dünnen Schichten (< 10 nm) sind gängige Anwendungen. Auch die Elementzusammensetzung eines Festkörpers als Funktion der Tiefe (Tiefenprofilierung) kann durch die Kombination der XPS-Analyse und einer ionenbeschussinduzierten Probenerosion (Sputtern) erfasst werden. Das Verfahren ist auf unterschiedlichste vakuumkompatible Probensysteme (Metalle, Gläser, Wafer, Polymere, Folien, Keramiken, Pigmente, Katalysatoren etc.) anwendbar. 

Eine zusammenfassende Beschreibung der Photoelektronenspektroscopie (XPS) können Sie als pdf-File herunterladen:

Detailinformationen zu den Leistungsdaten der XPS finden Sie zudem hier.

Synonyme

  • X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)
  • Electron Spectroscopy for Chemical Analysis (ESCA)

Anwendungsbeispiele