Röntgen Photoelektronen Spektroskopie (englisch: X-ray Photoelectron Spectroscopy – XPS) eignet sich ausgezeichnet zur Analyse der chemischen Zusammensetzung jeglicher Oberflächen. Ob fest oder in Pulverform mit XPS können die unterschiedlichsten Materialien untersucht werden. Selbst Rückstände aus Flüssigkeiten können, gefiltert und getrocknet, analysiert werden. Mit einer Informationstiefe von gerade einmal 10 nm ist XPS dabei extrem oberflächensensitiv. In Kombination mit schrittweisem Materialabtrag durch Argon-Ionen Sputtern können aber auch ganze Profile bis zu 1-2 μm Tiefe erstellt werden. Dank imaging-XPS (i-XPS) können Unterschiede in der Verteilung der Elemente nicht nur aufgespürt, sondern auch abgebildet und analysiert werden.

 

XPS, beruht auf dem photoelektrischen Effekt. Elektronen an der Oberfläche einer Probe werden durch Röntgenstrahlen angeregt, sodass sie sich von ihrem Atomkern lösen. Die Anzahl der freigesetzten Elektronen bei einer bestimmten Geschwindigkeit wird mittels einem Detektor gezählt. Aus der Geschwindigkeit mit der die Elektronen die Probenoberfläche dabei verlassen, kann die Bindungsenergie der jeweiligen Elektronen errechnet werden. Diese Bindungsenergie ist charakteristisch für einen bestimmten Bindungszustand eines Elements. Das heisst also man zählt wie viele Elektronen pro Bindungsenergie die Oberfläche verlassen. Somit können Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung und Beschaffenheit der Oberfläche gezogen werden.

Beim Imaging XPS wird mit einem fokussierten Röntgenstrahl über die Oberfläche gerastert. Dadurch können Spektren an jedem Ort einer Fläche zurückverfolgt werden. So lassen sich XPS-Messwerte mit i-XPS deutlich schneller und einfacher erkennen, untersuchen und nachvollziehen. Somit kann eine genau Karte/Verteilung von Elementen über einen bestimmten Bereich der Oberfläche, z.B. eines Flecks oder einer Verunreinigung, erstellt werden.

Da wir an unserem XPS System den Durchmesser des Röntgenstrahls bis zu 10 μm verkleinern können, können sogar einzelne Merkmale von wenigen μm Grösse einfach analysiert werden. Nach oben ist die Skala weiter offen, da mit dem Rasterverfahren Flächen von bis zu 1400 x 1400 μm untersucht werden können.

Stärken der Technik

  • Qualitative und quantitative Analyse der Oberflächenzusammensetzung
  • Identifizierung von Bindungs- und Oxidationszuständen
  • Nachweis aller Elemente außer H und He
  • Messung der Dicke von Oberflächenbelegungen im Bereich von 1 bis 10 nm
  • Erstellung von Tiefenprofilen (10 nm - 2 μm)
  • Erstellung von Schichtaufbau und -verteilungsmodellen
  • Möglichkeit zur zweidimensionalen Abbildung der Elementverteilung (imaging-XPS)

Materialien und Geometrien

  • Vakuumbeständige Festkörper aus Metall, Keramik oder Kunststoff
  • Leitende & isolierende Proben
  • Durchmesser: bis 95 mm / Höhe: max. 10 mm
  • Pulver, Textilgewebe und strukturierte Oberflächen

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