表面分析(元素成分分析)

X光光電子能譜儀(XPS)

 

 

材料經由帶有能量的X光照射後形成光電效應,將內層軌域的電子激發產生光電子,只有在樣品表面所產生的光電子才能脫逸出而被測得,此被激發的光電子經偵檢器分析後,可測得光電子束縛能的能譜;由於不同元素、不同軌域所產生的光電子束縛能不同,所以可由束縛能得知此光電子來自於哪一種元素的哪一層軌域。

當元素與不同元素鍵結時,由於鍵結的電荷密度不同會導致光電子束縛能有些許改變,當氧化態越高其束縛能越高,可由此束縛能的改變得知其化學鍵結。

 


  1. 表面污染/異常之分析:
    由於光電子來自於最表面的1nm-10nm,且XPS具有化學鍵结分析的能力,能針對表面的異常分析得知其成份與鍵結訊息,如針對顏色異常、表面缺陷或金屬腐蝕進行分析。
  2. 薄膜成份及縱深分析:
    可由XPS得知薄膜的成分及比例,同時可搭配氬離子蝕刻作縱深分析。
  3. 金屬表面氧化程度及氧化層厚度判定:
    可得知金屬之表面比例、氧化程度, 表面氧化層厚度可透過非破壞性的分析(適用於膜厚小於10nm)或破壞性的縱深分析估計。
  4. 金屬材料功函數之分析:
    可由XPS得知金屬材料之功函數。



圖-1 (最新機台)  XPS/ESCA (ESCALAB Xi+)  圖-2 XPS/ESCA (Thermo K-alpha, K-alpha+)
 
最新機台[ESCALAB Xi+]之特色與應用

[ ESCALAB Xi+ ] 特色:

  1. 微區分析之平面解析度可至5um
  2. 電子影像提供精確定位分析
  3. 分子離子槍可減少離子蝕刻所導致的樣品損傷
  4. 全能譜平面分布分析有助未知物鑑定
  5. Energy band gap 與能帶結構分析
  6. H 含量分析
  7. 同位素分析
圖-3(a) Parallel Image; (b)Spectrum for Interested Area
 
圖-4 (c) Cluster-cleaned Prevent Ta Reduction ; (d)Depth profile by using MAGCIS

 



圖-5 (a) Adhesion failure issue; (b)Identification of photo resist residue
圖-6 (c) Surface contamination ; (d)Depth profiling
圖-7 (e) Work function

Q1. 請問 XPS 樣品大小限制 ?

A. 樣品大小建議為長寬約為1cmx1cm、高度約為0.5cm以下,超過或小於此樣品大小,請與技術單位討論。

    平面解析度可達5um,分析面積可達900um,可依分析需求可提供最適化的分析方案。

Q2. XPS 跟 EDS 的差別 ?

A. XPS主要分析表面約0~10nm的元素成份,且可以分析原子序3 (Li)以上的元素;EDS偵測元素深度約1~3um,偵測的原子序為5以上,且較輕的元素靈敏度不高。

EDS為半定量分析, XPS定量較準確;若分析目的是要看較表層的元素成份,建議可由XPS分析。

Q3. 請問不導電的樣品 (例如玻璃) 是否能分析 ?

A.  可以,因為XPS分析入射源為光束,且分析時會同時開啟Flood Gun進行電荷補償,增加分析過程的導電性。

Q4. 請問若只做元素成份分析送樣,一般交期是多久?

A.  一般收到樣品確認完需求,1-3個工作天會提供報告。

Q5. XPS 除了做表面元素成份分析還能做什麼 ?

A.  除了做元素成份分析,還可以做縱深分析、化態鍵結、功函數、成分平面分布等分析。

     可依您的分析目的做進一步討論,再提供分析建議幫助您找出問題,提供最佳的解決方案。

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陳小姐

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