Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
Oberflächenanalyse in der Praxis: Röntgen-Photoelektronen-Spektroskop am Fraunhofer IST.
Röntgen-Photoelektronenspektroskopie: XPS / ESCA
Funktionsweise der XPS / ESCA
Die Röntgenphotoelektronenspektroskopie oder auch Photoelektronenspektroskopie (englisch: X-ray photoelectron spectroscopy, XPS, oft auch electron spectroscopy for chemical analysis, ESCA) ist ein Verfahren zur chemischen Analyse, das sich durch besondere Oberflächenempfindlichkeit mit einer Signaltiefe von nur ca. 5 nm auszeichnet. Durch Röntgenbeschuss werden Photoelektronen erzeugt, deren Energie aufgrund elementspezifischer Energieniveaus Rückschlüsse auf die Materialzusammensetzung zulässt (alle Elemente außer H und He). Da die chemische Umgebung eines Atoms die Energieniveaus der Elektronen beeinflusst, bietet XPS auch die Möglichkeit, Aussagen über Bindungszustände, Oxidationszustände oder den Anteil unterschiedlicher Bindungspartner zu treffen.
Einsatzbereiche der Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS / ESCA)
Die XPS-Analyse liefert Informationen zur chemischen Zusammensetzung und Bindungszuständen nahe der Oberfläche und ermöglicht durch die integrierte Ionenkanone auch Tiefenprofile. Die XPS-Analyse wird z.B. in folgenden Bereichen eingesetzt:
- Analyse von Oberflächenverunreinigungen, z.B. in Form von leichten Verfärbungen
- Kontrolle von Reinigungsprozessen
- Chemische Analyse von ultradünnen Schichten, z.B. Passivierungsschichten
- Analyse von Oberflächenbehandlungen, z.B. Oberflächenanalysen bei Plasmabehandlungen
Oberflächensegregation einer Ni-Ag-Schicht
XPS-Spektren einer kodeponierten 50nm Ni-Ag-Schicht. An der Oberfläche (schwarz) gibt es ein starkes Ag-Signal. In der Tiefe (rot, ca. 30nm abgetragen) überwiegt das Ni-Signal. Das Ag hat sich bei der Schichtabscheidung an der Oberfläche angereichert.
Charakterisierung von Bindungszuständen
C-Peak einer XPS-Messung an PET-Folie. Die unterschiedlichen Bindungspartner der Kohlenstoffatome führen zu einer Peakaufspaltung.