XPS - Rendgenska fotoelektronska spektrometrija X-zracima

XPS se zasniva na fotoelektričnom efektu, pri kojem rendgensko zračenje izbacuje elektrone iz površinskog sloja materijala. Merenjem njihove kinetičke energije određuje se energija veze elektrona, na osnovu koje je moguće identifikovati elemente i analizirati njihova hemijska stanja.

XPS je izrazito površinski osetljiva tehnika koja najčešće pruža informacije iz prvih nekoliko nanometara materijala, približno 1–10 nm, zavisno od uzorka i uslova merenja. Zbog toga je posebno pogodna za analizu tankih površinskih slojeva, kontaminacije, oksidacije i hemijskih modifikacija površine.

Pored elementarnog sastava, XPS omogućava određivanje oksidacionih stanja i identifikaciju različitih hemijskih okruženja elemenata. Na osnovu pomeranja energija veze moguće je razlikovati pojedina hemijska stanja, kao što su metalno i oksidovano stanje određenog elementa.

Konvencionalna XPS analiza omogućava detekciju većine elemenata, izuzev vodonika i helijuma. Osetljivost zavisi od elementa, njegovog hemijskog okruženja, koncentracije i karakteristika instrumenta. XPS se posebno koristi kada je potrebno odrediti površinski elementarni sastav i hemijska stanja elemenata.

XPS omogućava identifikaciju hemijskih stanja elemenata u površinskim oksidnim slojevima metala. Na taj način mogu se ispitivati procesi oksidacije, pasivacije i korozije. Tehnika je korisna za istraživanje zaštitnih premaza, površinskih tretmana i mehanizama degradacije metalnih materijala.

Dubinsko profilisanje omogućava praćenje promene hemijskog sastava kroz površinske slojeve materijala. Najčešće se koristi kontrolisano jonsko raspršivanje kojim se postepeno uklanja materijal, uz ponovljena XPS merenja. Potrebno je uzeti u obzir mogućnost promene hemijskog stanja uzorka tokom raspršivanja.

XPS omogućava određivanje hemijskog sastava, oksidacionih stanja i površinske kontaminacije tankih filmova i premaza. Uz odgovarajuće metode moguće je ispitivati promene sastava po dubini. Ova analiza je važna u razvoju funkcionalnih premaza, elektronskih komponenti i zaštitnih slojeva.

XPS analiza obavlja se u uslovima visokog ili ultravisokog vakuuma kako bi se smanjili sudari emitovanih elektrona sa molekulima gasa i ograničila kontaminacija površine. Stabilni vakuumski uslovi omogućavaju precizno merenje energija elektrona i pouzdanu analizu površinskog sastava.

Hemijsko pomeranje predstavlja promenu energije veze elektrona usled različitog hemijskog okruženja atoma. Analizom ovih pomeranja moguće je razlikovati pojedina oksidaciona stanja i hemijske veze. Ova karakteristika predstavlja jednu od glavnih prednosti XPS tehnike u odnosu na metode koje određuju samo elementarni sastav.

U istraživanju baterija XPS se koristi za karakterizaciju površine elektroda, zaštitnih slojeva i promena hemijskih stanja tokom rada. U industriji poluprovodnika omogućava ispitivanje tankih filmova, oksidnih slojeva i površinske kontaminacije, što je važno za razvoj i pouzdanost elektronskih komponenti.