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XPS X光光電子能譜儀

X-ray Photoelectron Spectroscopy

技術原理

X光光電子能譜儀（X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS）是一種高靈敏度的表面分析技術，可用於量測材料表面的元素組成與化學鍵結狀態。

當材料表面受到 X 光照射時，會產生光電效應（Photoelectric Effect），使材料內層軌域的電子被激發並釋放為光電子。

這些光電子經由能量分析器量測後，可得到其束縛能（Binding Energy）能譜。

由於不同元素及不同電子軌域具有特定的束縛能，因此可透過能譜判斷：

此外，當元素與不同元素形成化學鍵結時，其電子束縛能會產生化學位移（Chemical Shift）。

例如金屬氧化程度越高，其束縛能通常會越高，因此可利用此特性分析材料的化學狀態與氧化態。

XPS主要量測材料表面約 1–10 nm 深度範圍的元素與化學資訊，因此非常適合用於表面化學分析與薄膜材料研究。

分析應用

金屬功函數分析

量測金屬材料的功函數（Work Function），對於電子材料與元件研究具有重要意義。

金屬氧化程度與氧化層厚度分析

可分析金屬表面的氧化狀態與化學組成，並可估算表面氧化層厚度：非破壞分析（適用於 <10 nm 薄膜）、離子蝕刻縱深分析

薄膜成分與縱深分析

可量測薄膜的元素組成與比例。搭配氬離子蝕刻（Ar sputtering）可進行縱深分析，觀察材料成分隨深度的變化。

表面污染與異常分析

可用於分析：表面污染來源、表面異常或缺陷、金屬腐蝕與氧化，例如顏色異常、表面缺陷或污染物成分判定。

機台種類

XPS/ESCA (Thermo K-alpha, K-alpha+)
XPS/ESCA (ESCALAB Xi+)
- 微區分析之平面解析度可至 5um
- 光電子影像提供精確定位分析
- 分子離子槍可減少離子蝕刻所導致的樣品損傷
- 全能譜平面分布分析有助未知物鑑定