天游线路检测中心 X射线光电子能谱仪（XPS、ESCA）
观察微观世界的状态
X 射线光电子能谱（XPS：X 射线光电子能谱或 ESCA：化学分析电子能谱）在材料研发和质量控制场所中用作高度通用的分析方法。光电子能谱仪不仅是研究仪器，还具有可进行常规分析的可操作性，可用于从大学到工厂的各种环境。
与 X 射线光电子能谱（XPS、ESCA）相关的应用
X射线光电子能谱仪（XPS、ESCA）产品列表
历史和原则
图1光电子产生原理
图2 光电子逃逸深度
赫兹于 1887 年发现，当某种物质受到光照射时，该物质会发射电子。这种现象称为光电效应，发射出的电子由于受到光的激发而被称为光电子。爱因斯坦还建立了光子假说来解释这种光电效应。后来，量子力学从这个光子假说发展而来。
20世纪50年代，瑞典的Siegbahn成功地对材料发射的光电子进行能谱分析，并成为表面分析和化学键态分析的有效方法。
如今，它已成为从促进金属、半导体、高分子化合物和高科技材料的研究到大规模生产工厂的质量控制等各个方面不可或缺的表面分析设备。
观察原子和分子的键合状态
XPS，简单来说，就是一种观察电子显微镜看不到的更小世界的方法。你们中有些人可能会想，“我们看不到比原子或分子更小的东西，这不是很奇怪吗？”当然，这不像看图片。然而，当X射线照射到材料上时，通过测量从内部发出的电子（这些电子被专门称为光电子，因为它们在受到光照射时发出）的速度，就可以看到原子和分子内部的微观世界。
测量这些光电子的速度称为光电子能谱，分析获得的光谱以确定原子和分子的键合状态称为化学态分析。
此外，它通常称为 ESCA（化学分析电子光谱）*，因为它提供有关化学状态分析的信息。
*在日语中，这意味着使用电子光谱的化学分析（状态分析）。
换句话说，光电子能谱是硬件，状态分析是软件。
状况分析
根据他们穿的衣服猜测你的约会对象
原子由原子核和电子组成。与围绕太阳运行的行星类似，我们经常看到电子围绕原子核运行的图表（图 3(a)）。然而，电子实际上并没有围绕原子旋转，而是像云一样覆盖了整个原子（图 3(b)）。现在想象一个原子被电子包裹着。
图3氢原子模型
让我们想一下我们的日常生活。当我在公司工作时，我穿工作服。销售人员出去见顾客时会穿着西装，但节假日外出时，可能会穿着T恤外出。棒球运动员去游泳时也穿泳裤。我们会根据要见的人和要去的地方尝试着装得体。事实上，原子也有类似的行为方式。原子与其他原子结合（日期）形成分子，但根据合作伙伴的不同，外部电子的形状会发生变化以形成键。换句话说，如果约会对象变了，你的着装也会变。
现在，辨别我们穿的衣服并不困难，但电子云形状的差异却无法被看到。只需要除去电子。换句话说，你必须强行脱掉衣服。一种在不撕裂衣服的情况下脱掉衣服的方法 - 这称为光电子发射。电子云形状的差异可以通过光电子发射从原子中喷射电子的速度差异来观察。这称为光电子能谱。 （图4）
图4聚对苯二甲酸乙二醇酯碳原子的光电子发射光谱
XPS 测量电子速度
图5 光电子能谱仪配置图
光电子能谱仪（图5）的所有功能都安装在超高真空容器中，由发射光电子的X射线发生器（X射线管）和测量电子速度的电子能谱仪组成。电子能谱仪进一步分为静电透镜系统和半球分析仪和检测器。使用静电透镜系统时，首先减慢电子速度以提高分辨率。接下来，使用分析仪仅选择具有特定速度的电子。选定的电子被引导至检测器，并对喷射的电子数量进行计数。检测到的电子数量大致对应于构成材料的原子数量。此外，光电子能谱仪保持在超高真空中，以防止材料表面受到污染并阻碍样品的电子发射。
通过分析这样获得的光谱，可以了解原子的成键状态。
功能
(1) 一种表面分析装置，可分析表面以下几纳米的深度。
(2) 可以进行Li对U的定性和定量分析、化学键状态分析和光电子图像测量。
光电子图像应用示例
DVD-RW中多层膜结构的光电图像
市售DVD-RW光盘通常具有右图所示的结构。剥离 DVD 光盘可以暴露记录层和介电层。通过获取三种类型的层暴露的光电子图像，我们能够获得如下所示的数据。
Sb 光电子图像
C光电子图像
锌光电子图像
Sb、C、Zn叠加
(3) 被测材料无论是聚合物薄膜、半导体、陶瓷、金属等绝缘材料还是导电材料，都可以进行分析。
(4) 使用Ar离子等惰性气体的离子束，可以分析从材料表面到内部的成分分布（深度方向分析）。
深度方向分析应用示例
样品：(SiO22／钛白粉2)多层膜/玻璃
（深度方向光电子能谱）
（深度构图配置文件）
(5) 样品倾斜法（角分辨XPS、ARXPS）可用于测定从最外层表面到表面以下几纳米的成分和化学键状态的变化。该方法是XPS的特征测量方法，可以测量纳米级表面的组成和化学键状态的变化。
(6) 检测限平均约为 01 Atomic%。
技术创新的要素
XPS 应用程序可分为三类。
首先，它用于学术目的，从表面和原子内电子结构的研究，例如半导体的能带结构，到复杂的盐化学，更不寻常的是，到预防龋齿的研究。
第二种用于公司开发新产品和改进生产技术，不仅用于金属和半导体行业，还用于催化剂行业以及玻璃、绝缘体等颗粒和聚合物薄膜等有机物质的分析。
第三是量产工厂等的质量控制，用于控制制造过程中的硬盘润滑油膜厚度、半导体表面污染物等，以及故障分析以明确各种材料的腐蚀、变色、氧化、润湿性等原因。
光电子能谱设备是一种梦幻般的设备，通过结合丰富的附加功能，可以满足多种领域的需求。