X線光電子分光(XPS)X-ray Photoelectron Spectroscopy

X線光電子分光(XPS)は、数nmレベルの極表面の組成分析が行える表面分析手法です。
また、材料を構成する各元素の電子状態(化学結合・価数・混成・電子相関)も評価可能であり、中和銃を用いることで絶縁物表面も測定可能であるため、種々の材料表面の解析に広く利用されています。

原理

真空中で固体表面にX線を照射すると、試料中の原子の各軌道から電子(光電子)が放出されます。
放出された光電子の運動エネルギーは各軌道の束縛エネルギーに対応し、元素・化学状態に特有です。そのため、光電子のエネルギーおよび強度を測定することにより、原子の同定・定量が可能となります。
光電子の脱出深さは表面から数nmであり、極表面の情報が得られます。

X線光電子分光(XPS)の測定原理図
測定原理図

特徴

  • 数nmの最表面の組成分析(Li~)が可能
  • 感度は、0.1atomic%程度
  • 電子状態分析(化学結合・価数・ギャップなど)が可能
  • 絶縁物・有機物の測定が可能(非破壊分析)
  • 測定領域は、数十~数百µmφ

用途

  • 極薄膜・最表面の評価(組成・不純物・汚染・状態)
  • 変色原因調査(汚染・変質・表面酸化)
  • 接合・接着不良の原因調査(表面汚染・変質・拡散)
  • 界面状態(深さ方向分析)
X線光電子分光(XPS)でわかること

事例

InP基板上 室温強磁性材料(希薄磁性半導体)Mn-doped ZnSnAs2の解析例

Mn:(5%) ZnSnAs2(数100nm)/InP基板

InP基板上 室温強磁性材料 (希薄磁性半導体) Mn-doped ZnSnAs2の解析例
  • 室温強磁性体の活性サイトであるドープされたMnサイトの電子状態(結合状態、価数状態、電荷移動エネルギーΔ、電子相関Uなど)をMn2p XPSから評価することが可能です。
  • HAXPES測定と組み合わせることにより、Mn活性サイトの表面とバルクの違いを調べることも可能です。
  • フェルミ準位(EF)近傍のValence bandを測定することで価電子帯の電子状態や電子占有側のギャップの大きさを見積もることができます。
    逆光電子分光と組み合わせることにより、EF近傍のギャップ全体の評価も可能になります。これは、たとえば、スピン注入を考えるときに大切なパラメータです。

[ 更新日:2022/04/28 ]

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