X-Ray Photoelectron Spectroscopy .............................................

X-Ray Photoelectron Spectroscopy

   سامانه طيف‌نگاري فوتوالكترون پرتوي ايكس XPS

یکی دیگر از آنالیزهایی که براساس برهمکنش بین پرتوی ایکس و نمونه شکل گرفته است، آنالیز XPS می باشد. XPS يك آناليز قدرتمند براي ارزيابي سطح نمونه به شمار مي رود كه اولين بار در سال 1887توسط هرتزو بر مبناي اثر فوتوالكتريك بنا شد و از سال1960 توسط دانشمنداني مانندSiegbahn رشد مضاعف يافت.
آناليزXPS ، در حقيقت يك تكنيك كمي ـ طيفي است كه در آن نوع عناصر و تركيب شيميايي عناصر موجود در سطح نمونه قابل استخراج است.
مهمترين كاربردهاي اين سامانه را مي توان به شرح ذيل بيان نمود:
1- شناسايي عناصر همه عناصر به جز هيدروژن و هليوم با اين روش قابل شناسايي مي باشند. 2- تعيين تركيب عناصر سطح (معمولاً در فاصله 10-1نانومتر از سطح) با دانستن انرژي قيدي، شكل پيك و اندازه گيري پارامتر اوژه مي توان تركيب شيميايي عناصر را شناخت.
3- تعيين عناصر آلوده كننده سطح
4- تعيين يكنواختي تركيب
5- ضخامت يك تك لايه و يا ماده چند لايه اي
6- پروفايل عمقي براساس مسير فرودي پرتو ايكس.مي توان پروفايل عمقي سطح نمونه را نيز ارزيابي نمود.
اين آناليز براي تركيبات غيرآلي، آلياژهاي فلزي، نيمرساناها، پليمرها، شيشه ها، سراميك و حتي در صنعت كاغذ، چوب و صنعت بنزين استفاده مي شود.

فرآيند آناليزXPS

مطابق شكل1، سطح ماده هدف كه در محيط خلأ قرار گرفته، تحت تابش پرتو ايكس (با انرژي 2000-200 الكترون ولت) قرار مي گيرد و در نتيجه اين برخورد، فعل و انفعالات زیر رخ مي دهد:
- يك فوتون پرتو ايكس به يك الكترون واقع در ترازهاي داخلي برخورد مي كند.
- در مرحله بعد، انرژي فوتون فرودي به الكترون هدف انتقال مي يابد.
- الكترون هدف با دريافت مقدار انرژي كافي از اتم جدا شده و به سمت بيرون سطح نمونه گسيل مي شود.
- يك فوتوالكترون با انرژي جنبشي مشخص ايجاد مي شود.

بر اساس مقادير مختلف انرژي جنبشي، فوتوالكترون ها از هم تفكيك شده و سپس فتو الكترون هاي تفكيك شده شمارش شده و بر اين اساس، غلظت اتم ها و عناصر بدست مي آيد.
مي دانيم كه انرژي پرتو ايكس فرودي از طريق رابطه E=hν قابل محاسبه است كه در آن h ثابت پلانك و ν فركانس پرتو ايكس فرودي مي باشد.
از طرف ديگر با توجه به اين كه انرژي جنبشي فوتوالكترون خروجي (E_k ) نيز، قابل اندازه گيري مي باشد در نهايت انرژي قيدي الكترون از رابطه زیر كه اولين بار ارنست رادرفورد در سال 1914 ارائه داد، قابل محاسبه است:

                                                                   E_b = E - E_K - Ø

كه در آنE_b انرژي قيدي الكترون گسيل شده به اتم،E انرژي فوتون هاي پرتو ايكس فرودي،E_K   انرژي جنبشي الكترون هاي گسيل شده و Ø تابع كار مربوط به طيف سنج است (و نه ماده).

شكل1: برهم كنش پرتو ايكس با نمونه مورد مطالعه

با توجه به اينكه براي هر عنصر اين انرژي قيدي متفاوت است با استفاده از انرژي هاي محاسبه شده مي توان نوع عناصر و تركيب شيميايي آنها را بدست آورد.
شكل 2 طيف XPS مربوط به ترازهاي مختلف انرژي لایه MgF₂ ، انباشتی به روش تبخیر الکترونی را نشان مي دهد که بوسیله آن مي توان ترازهاي انرژي مختلف آن را مشاهده نمود.

شكل2: طيف XPS مربوط به لایه MgF2 كه نشان دهنده ترازهاي مختلف انرژي Mg و F در آن مي باشد.

شكل3، نماي واقعي از يك سامانه XPS را نشان مي دهد. به صورت كلي قسمت هاي اصلي اين سامانه را مي توان به موارد ذيل تقسيم بندي نمود:
- محفظه خلأ فرازیاد
- چشمه پرتو ايكس
- نگهدارنده نمونه
- لنز جمع كننده الكترون
- آناليزر انرژي الكترون
- آشكارساز الكترون

شرط اصلي براي انجام آناليز XPS ، وجود خلا فرازياد درداخل محفظه خلأ مي باشد. اين نوع آناليزها جزو سامانه هاي گران قیمت به شمار مي روند و از اين رو تعداد اين سامانه ها نسبت به ديگر سامانه هاي آناليز مانند XRD‌ ،كمتر است.

شكل3: نماي واقعي از يك سامانه XPS

منبع : کتاب مبانی لایه نشانی و آنالیز نانو ساختار تالیف آقای جهانبخش مشایخی، انتشارات مرکز نشر دانشگاهی

MOVIE XPS

آنالیزهای سطح و لایه   نازک

برهم کنش بین ذرات باردار با لایه نازک

برهم کنش بین پرتو ایکس با لایه نازک

برهم کنش بین پرتو نور با    لایه نازک

میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM

میکروسکوپ الکترونی عبوری    TEM

میکروسکوپ پروبی روبشی    SPM

میکروسکوپ پروبی روبشی    AFM

میکروسکوپ روبشی تونلینگ    STM

آنالیز سطح و لایه به روش SIMS

آنالیز سطح و لایه به روش    RBS

آنالیز سطح و لایه به روش    XRD

آنالیز سطح و لایه به روش    XPS

آنالیزطیفی به روش بیضی سنجی

آنالیزطیفی به روش اسپکتروفتومتر

لایه نشانی و پارامترهای آن

ساختار    تشکیل       لایه

روش تفنگ الکترونی E_Beam Gun

روش تبخیر مقاومتی    Resistant Ev

روش کندوپاش       Sputtering

لایه نشانی به روش لیرزی    PLD

لایه نشانی به روش       MBE

لایه نشانی شیمیایی       CVD

لایه نشانی شیمیایی        PECVD

لایه نشانی شیمیایی     MOCVD

درباره                            خلاء

پمپ روتاری    Rotary Pump

پمپ توربومولکولارTurbomolecular

پمپ کرایوجنیک Cryojenic Pump

پمپ دیفیوژن    Diffusion Pump

تاریخچه فشارسنج های نخستین

فشارسنجهای محدوده خلاء پایین

فشارسنج یونی کاتد سرد و گرم

کنترل ضخامت

ضخامت سنجی اپتیکی

ضخامت سنجی کریستالیQCM