røntgenfotoelektronspektroskopi

Røntgenfotoelektronspektroskopi, ofte forkortet XPS (engelsk: X-ray Photoelectron Spectroscopy), er en overflateanalysemetode som gir kvantitativ sammensetning og kjemisk tilstand i de øverste nanometer av et materiale. Teknikken utnytter fotoelektrons opphavsenergi når kjerneelektroner blir utsatt for monokromatisk røntgenstråling.

Prinsipp: Prøven utsettes for røntgenstråling, vanligvis Al Kα eller Mg Kα. Elektroner utsleppes og måles av et energispektrometer som gir elektronets kinetiske energi E_k. Bindingsenergien E_B beregnes som E_B = hν − E_k − φ, der hν er photonenergien og φ prøvens arbeidspotensial. Resultatet er et spekter av bindinger som avslører elementer og deres kjemiske tilstand.

Informasjon og tolkning: XPS gir kvantitativ sammensetning (atomprosent eller tetthet) og identifiserer kjemiske tilstander (oksidasjonstilstander, kjemisk miljø) gjennom karakteristiske bindingsenergier og kjemiske skift. Valensbåndinformasjon kan også komme fra sekundære regioner av spekteret. Instrumentet kan kobles til standardisert referanse, for eksempel C 1s-binding ved ca. 284,8 eV.

Overflatefølsomhet: Samplingstettheten er høy fordi elektronene har begrenset rekkevidde i fast stoff; typisk dybde på ca. 1–10 nm avhengig av materiale og elektronenergien. Dette gjør XPS spesielt nyttig for overflateidentifikasjon av belegg, kontaminanter og grensesnitt.

Utstyr og begrensninger: Et vakuumkammer, røntgenkilde, og et energispektrometer (hemisentrisk eller tids-of-flight) er vanlig. Prøver som er uledende eller sensitive for charging, kan kreve ladingskompensasjon. Tolkning krever ofte standardreferanser og kunnskap om matrikseffekter.