Röntgenfotoelektronenspectroscopie

Röntgenfotoelektronenspectroscopie (X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS / ESCA) is een methode voor de kwalitatieve en kwantitatieve analyse van elementen in de nabijheid van het oppervlak van een vaste stof. Het monster wordt bestraald met monochromatische röntgenstraling (Al Kα) wat leidt tot de emissie van elektronen door het atoom dat door het foton is aangeslagen (fotoelektrisch effekt). Alleen fotoelektronen in de buitenste 5-10 nm kunnen het monster verlaten zonder energie te verliezen. Met een hemisferische energieanalysator wordt de kinetische energie van deze elektronen gemeten. Deze kan dan worden omgerekend naar elementspecifieke bindingsenergieen. Alle elementen (behalve H en He) kunnen met XPS worden geïndentificeerd en gekwantificeerd. De bindingsenergie kan verschuiven als de chemische omgeving van een element verandert. Dit geeft informatie over bindings- of oxidatietoestanden. De detektiegrenzen hangen af van het element en liggen typisch tussen 0.1 en 1 atoom %.

Small spot XPS kan worden gebruikt voor het bepalen van de elementsamenstelling over een zeer klein oppervlak  (Ø ≥ 10 µm) maar ook over oppervlakken van een paar mm². Punt-voor-punt analyse langs een lijn (line scan), 2D elementverdelingen (maps) of hoekopgeloste (angle resolved, ARXPS) analyses voor het karakteriseren van dunne lagen (<10 nm) zijn veel voorkomende toepassingen. Het is ook mogelijk om de samenstelling als functie van de diepte te bepalen (diepteprofilering) door de XPS analyse te combineren met sputtering. De methode kan worden gebruikt voor een verscheidenheid aan vacuümcompatibele materialen (bijv. metalen, glazen, wafers, polymeren, folies, keramiek, pigmenten, katalysatoren, enz.). 

Synoniemen / Verwante technieken

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