Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (англ. X-ray photoelectron spectroscopy) – метод поверхностного анализа, использующийся для определения химического состава твердых поверхностей. Позволяет определять энергию связи. Анализ основан на определении энергии электронов, испускаемых твердым телом в результате подвергания его монохроматическому рентгеновскому излучению. Очень эффективен для обнаружения на поверхности кремния закисей кремния. Облучение поверхности образца рентгеновским пучком способно в случае высоких энергий рентгеновских квантов вызвать эмиссию вторичных электронов за счет возбуждения внутренних электронных оболочек атомов. Электроны с различными энергиями связи обусловливают появление раздельных пиков фотоэлектронного спектра. Применение этого явления для химического анализа облучаемой поверхности получило название электронной спектроскопии для химического анализа. Первичный рентгеновский пучок обычно возбуждается за счет облучения электронами низких энергий анода из алюминия или магния. Так как энергия вторичных фотоэлектронов, возбуждаемых при использовании алюминиевых и магниевых источников, достаточно низкая, то глубина проникновения вторичных электронов в исследуемое вещество менее 5 нм. Поэтому появляется возможность анализировать химический состав тонкого (несколько атомных слоев) приповерхностного слоя. Для исследования профилей распределения примесей по глубине осуществляется ионное распыление поверхностных слоев. Разрешение по глубине рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии очень высокое и не превышает толщины атомного монослоя. Разрешение по площади (в плоскости) очень низкое, так как диаметр первичного рентгеновского пучка составляет 1-2 мм. Возможности метода рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии следующие. Во-первых, метод обеспечивает возможности исследования радиационно-нестойких материалов, так как процессы диссоциации и десорбции при возбуждении рентгеновскими квантами существенно меньше, чем, например, при электронном возбуждении. Во-вторых, использование электрически нейтрального первичного пучка значительно снижает вероятность заряда поверхности исследуемых диэлектриков. В-третьих, по данным рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии можно получать информацию о химической связи. Энергетические уровни электронов внутренних оболочек зависят от валентного состояния и типа химической связи. Типичное энергетическое разрешение пиков спектров рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии составляет ~ 0,5 эВ. Поскольку различные типы химической связи часто обусловливают сдвиги энергии связи на большие величины, то эти сдвиги можно детектировать в целях идентификации характера связи.

Общий принцип фотоэлектронной спектроскопии

Тезаурус

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (X-ray photoelectron spectroscopy)

Тематический раздел (поле): Метрология и стандартизация, Наноматериалы, Наноэлектроника, Наноинженерия, Нанобиотехнологии

Функциональный разряд: Технология

Аскрипторы: Рентгеновская спектроскопия

Отношения иерархические (род-вид): Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия → Рентгеновская спектроскопия → Методы диагностики наноструктур и наноматериалов → Получение, диагностика и сертификация наноразмерных систем

Отношения ассоциативные: Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия ~ Поверхностный анализ, Рентгеновское излучение, Вторичные фотоэлектроны, Ионное распыление, Атомный монослой, Радиационно-нестойкие материалы

Литература по теме:

1. Annotated Handbooks of Monochromatic XPS Spectra, PDF of Volumes 1 and 2, B.V.Crist, published by XPS International LLC, 2005, Mountain View, CA, USA

2. Handbooks of Monochromatic XPS Spectra, Volumes 1-5, B.V.Crist, published by XPS International LLC, 2004, Mountain View, CA, USA

3. Surface Analysis by Auger and X-ray Photoelectron Spectroscopy, ed. J.T.Grant and D.Briggs, published by IM Publications, 2003, Chichester, UK

4. Practical Surface Analysis by Auger and X-ray Photoelectron Spectroscopy, 2nd edition, ed. M.P.Seah and D.Briggs, published by Wiley & Sons, 1992, Chichester, UK

5. Practical Surface Analysis by Auger and X-ray Photoelectron Spectroscopy, ed. M.P.Seah and D.Briggs, published by Wiley & Sons, 1983, Chichester, UK

6. Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy, J.F.Moulder, W.F.Stickle, P.E.Sobol, and K.D.Bomben, published by Perkin-Elmer Corp., 1992, Eden Prairie, MN, USA