Die Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), auch bekannt als ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis), ist ein Verfahren zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung von Oberflächen und Grenzflächen. Mit dieser Methode können im Labor sowohl die Elementzusammensetzung, als auch die lokalen chemischen Bindungszustände einzelner Elemente der Probenoberfläche, quantitativ mit hoher Empfindlichkeit analysiert werden.
In der Photoelektronenspektroskopie wird die Probenoberfläche mit Röntgenstrahlen definierter Energie bestrahlt. Dadurch werden Photoelektronen freigesetzt, deren kinetische Energie kennzeichnend für das emittierende Atom und dessen chemische Umgebung (Oxidationszustand) ist.

Kurzprofil für XPS Labor-Analysen

  • Quantitative Analyse der Oberflächenzusammensetzung.
  • Nachweis aller Elemente außer H und He.
  • Analyse von Bindungs- und Oxidationszuständen; Identifizierung funktioneller Gruppen.
  • Nicht destruktiv, hohe Nachweis-Empfindlichkeit.
  • Analyse von Oberflächen bezüglich Oxidationszustand, Oxidationstiefe und Oxid-Schichtdicke.
  • Analyse von Beschichtungen und Schichtsystemen mittels Sputter-Tiefenprofilen.
  • Untersuchung von Oberflächen auf Reinheit bzw. Kontaminationen.
  • Fehleranalyse z.B. bei Verfärbungen, Korrosion, Füge- oder Haftungsproblemen.
Die Photoelektronenspektroskopie (XPS) ist aufgrund der kurzen inelastischen mittleren freien Weglänge (IMFP, oder λ)  der Photoelektronen innerhalb der Probe eine sehr oberflächenempfindliche Analysemethode.
Die Photoelektronenspektroskopie (XPS) ist eine sehr oberflächenempfindliche Analysemethode. Der Grund ist die geringe inelastischen mittleren freien Weglänge λ der Elektronen in der Probe.

 

Je nach individueller Fragestellung können dabei lokale Punktmessungen, ortsaufgelöste Elementverteilungsbilder und Sputtertiefenprofile gemessen werden. Bei Sputtertiefenprofilen wird durch die Kombination der Analyse mit einem gezielten Materialabtrag die Elementverteilungen in Abhängigkeit der Tiefe gemessen, um so Schichtsysteme untersuchen zu können. XPS-Analysen sind an allen vakuumstabilen Materialien wie z.B. Glas, Keramik, Halbleiter, Metalle, Oxide, Kunststoffe/Polymere, Pulver, Fasern, Textilien oder Vlies durchführbar.

Anwendungen der Photoelektronenspektroskopie (XPS / ESCA)

Die Photoelektronenspektroskopie (XPS /ESCA) ist eine sehr oberflächenempfindliche Analysemethode, da die "Informationstiefe", aus der in etwa 99% eines Photoemissionssignals stammen, ca. 10 nm beträgt. Untersuchungen mittels Photoelektronenspektroskopie sind daher besonders für Aufgabenstellungen geeignet, bei denen die Zusammensetzung der Oberfläche, bzw. die des oberflächennahen Bereiches, ein kritischer Faktor ist. Dazu gehören Bereiche der Produktions- und Qualitätskontrolle, Materialentwicklung, der Fehleranalyse und des Reverse Engineering.
Typische Fragestellungen sind:

Einschleusen einer Probe in die XPS Maschine
  • Haftungsprobleme
  • Korrosion
  • Oberflächenalterung und Abbau- / Verwitterungseffekte
  • Analyse von Rückständen, Ausblühungen
  • Identifizieren von Flecken und Verfärbungen
  • Analyse der Zusammensetzung von Pulvern und Fremdkörpern
  • Bestimmung von Schadstoffquellen
  • Untersuchung von Verunreinigungen und Oberflächenkontamination
  • Charakterisierung der Oxidation von Oberflächen
  • Analyse von Oberflächenbehandlungen

Mittels XPS-Analysen lassen sich darüber hinaus auch Fragestellungen beantworten, die eine Analyse chemischer Bindungszustände oder Informationen aus grösseren Tiefen als 10 nm erfordern:

  • Chemische Charakterisierung von Adhäsionseigenschaften
  • Chemische Funktionalität von Beschichtungen (z.B. Zellkultur-Oberflächen)
  • Nachweis chemischer Zustandsänderungen nach einer Oberflächenbehandlung (z.B. Korona, Beflammung)
  • Charakterisierung von Ätzrückständen auf Halbleiteroberflächen
  • Analyse von Oberflächenveränderungen induziert durch industrielle Verarbeitungsprozesse
  • Charakterisierung von Reinigungsprozessen (Untersuchung auf Grenzwerte)
  • Biokompatibilität
  • Vergleichende Analyse der Oxiddicke und Oberflächenbelegung verschiedener Proben
  • Messung von Tiefenprofilen in Dünnfilm-Schichtsystemen (Elementverteilung innerhalb des Schichtaufbaus, Diffusionseffekte)
  • Tiefenprofilanalyse zur Bestimmung der relativen Verteilung von Atomen und Molekülen
  • Analyse von Multischichtsystemen (z.B. in optischer Komponenten oder Halbleiterstrukturen)
  • Kartierung von lateralen Elementverteilungen oder chemischen Gruppen

Für die Messung von Sputtertiefenprofilen ist bei nanoAnalytics sowohl eine klassische (monoatomare) Ionenquelle, als auch eine Cluster-Ionenquelle verfügbar. Durch den Einsatz einer Gas-Cluster-Ionenquelle (GCIB engl. Gas Cluster Ion Beam) ist es möglich, XPS-Tiefenprofile an organischen Materialien zu messen. Durch den Einsatz von GCIB-Sputtern werden die erhebliche Schäden, welche herkömmliche monoatomare Ionen-Sputtertechniken an diesen Materialien verursachen, sowie der damit verbundene Verlust von chemischen Informationen, vermieden.

Anwendungsbeispiele für die Photoelektronenspektroskopie (XPS / ESCA)

Anwendungen der Photoelektronenspektroskopie finden sich unter anderem in der Automobilindustrie, der Mikroelektronik und Halbleiterindustrie, der Kunststoffverarbeitung, der Sensorik, der Beschichtungstechnik, der Medizintechnik oder auch der pharmazeutischen Industrie. Durch die Small-Spot-XPS können auch Untersuchungen innerhalb kleiner Messbereiche (Ø ~ 30 µm), beispielsweise auf Bondpads oder Kontaktpunkten, durchgeführt werden.

 

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Details zur Analysemethode Photoelektronenspektroskopie (XPS /ESCA)

Die Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS/ESCA) ist eines der leistungsstärksten Analysewerkzeuge zur quantitativen chemischen Analyse im oberflächennahen Bereich eines Festkörpers. Die Methode ist sehr oberflächenempfindlich, (ca. 1—10 Nanometer Informationstiefe) und ermöglicht den Nachweis aller Elemente außer Wasserstoff und Helium. Zusätzlich können mit XPS Bindungs- bzw. Oxidationszustände unterschieden und der Aufbau von Oberflächen und Beschichtungen untersucht werden.

Die röntgeninduzierte Photoelektronenspektroskopie wird im Allgemeinen mit XPS (X-ray Photo­electron Spectroscopy) abgekürzt, ist aber auch unter der Bezeichnung ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) bekannt. Das Akronym ESCA betont dabei die besondere Stärke dieser Technik, nämlich die Möglichkeit zur quantitativen Differenzierung desselben Elements in verschiedenen Bindungs- bzw. Oxidationszuständen. So unterscheidet sich z.B. das Signal eines Kohlenstoffatoms in einer C-C-Bindung von dem eines Kohlenstoffatoms in einer C-O-Bindung und das Signal eines Aluminiumatoms in Al-Metall von oxidischem Aluminium (Al2O3). Eine quantitative Bestimmung der Elementzusammensetzung im oberflächennahen Bereich eines Festkörpers ist mit sehr hoher Genauigkeit möglich, da XPS für die meisten Elemente eine Nachweisempfindlichkeit von ca. 0,1 at% aufweist. Die Analyse kann an allen vakuumverträglichen festen Materialien durchgeführt werden, unabhängig davon, ob es sich um leitende, halbleitende oder isolierende Materialien handelt. Auch spezielle Probensysteme wie z.B. ionische Flüssigkeiten können (geringer Dampfdruck vorausgesetzt) mittels XPS untersucht werden. Bindungsspezifische Informationen lassen sich mit XPS durch winkelabhängige Messungen auch tiefenabhängig, quantitativ und zerstörungsfrei bestimmen.

Physikalische Grundlagen der XPS

Das grundlegende Prinzip der Oberflächenanalyse mittels XPS ist die Bestrahlung einer Probenoberfläche mit weicher Röntgenstrahlung, so dass aus den angeregten Kernorbitalen Photoelektronen mit einer für jedes Orbital charakteristischen kinetischen Energie (Ek) emittiert werden ("äußerer Photoeffekt"). Dabei ist die genaue Tiefe, aus der das Photoelektronensignal stammt, abhängig von der kinetischen Energie der Elektronen (und damit von der Photonenenergie und dem Element, aus dem die Elektronen ausgestoßen werden) sowie vom Winkel, unter dem die Elektronen von der Oberfläche emittiert werden. XPS ist dabei eine sehr oberflächenempfindliche Analysemethode. Die "Informationstiefe", aus der in etwa 99% eines Photoemissionssignals stammen, kann für die XPS (in Normalemission) mit ca. 10 nm angegeben werden.

Schematische Darstellung der relevanten Energieniveaus
in der XPS. Aus der gemessenen kinetischen Energie des
Photoelektrons lässt sich unter Kenntnis der Photonen-
energie die Bindungsenergie im Festkörper bestimmen.

Die Oberflächenanalyse mittels XPS wird im Labor typischerweise mit monochromatisierter Magnesium Kα (hν=1253,6 eV) oder Aluminium Kα (hν=1486,7 eV) Röntgenstrahlung durchgeführt. Wenn ein Atom ein Röntgenphoton der Energie hν absorbiert, kann ein Photoelektron emittiert werden. Dessen kinetische Energie (Ek) hängt neben der Photonenenergie (hν) von der Bindungsenergie (EB) des Elektrons (d.h. der Energie, die erforderlich ist, um das Elektron aus dem Atom zu entfernen) ab. XPS-Spektren werden typischerweise auf einer auf das Fermi-Niveau EF der Probe bezogenen Bindungs-Energieskala dargestellt, um einfache Vergleiche von chemischen Zuständen unabhängig von der anregenden Photonenenergie zu ermöglichen. Die gemessene Bindungsenergie EB der Photoelektronen ergibt sich dabei wie folgt:

Dabei ist ΦS die Austrittsarbeit des Spektrometers. Vorausgesetzt wird dabei, dass die Probe ausreichend leitfähig ist und mit dem Spektrometer in elektrischem Kontakt steht, sodass sich ihre Ferminiveaus angleichen.

Die Bindungsenergie hängt dabei unter anderem von dem Element, dem genauen Orbital (1s,2s,2p etc.) und der chemische Umgebung des Atoms, aus dem das Elektron emittiert wurde ab. Da jedes Element in den XPS-Spektren ein einzigartiges Muster der Bindungsenergien aufweist, kann XPS verwendet werden, um Elemente zu identifizieren und die Konzentration der Elemente in der Oberfläche zu messen.

Nachweis der Photoelektronen

Aufbau eines typischen Photoelektronen Spektrometers
(XPS-Analysegerät)

Die kinetischen Energien der Photoelektronen werden durch ein Elektronenspektrometer bestehend aus zwei konzentrischen halbkugelförmigen Elektroden (Halbkugelanalysator / Hemispherical Analyzer) ermittelt und dann in elementspezifische Bindungsenergien umgerechnet. Der Analysator wird dabei so betrieben, dass nur Elektronen mit kinetischen Energien innerhalb eines Energiefenster ΔE zentriert, um die sogenannte "Pass-Energie", den Halbkugelanalysator bis zum Detektor passieren können. Elektronen einer Energie, die der ausgewählten "Pass-Energie" entsprechen und in paraxialer Richtung in das Spektrometer eintreten, treffen zentral, Elektronen abweichender kinetischer Energie aber im Energiefenster ΔE, versetzt von der Zentralposition auf die Detektorebene. Dem Analysator geht ein elektronenoptisches Linsensystem voraus, das die Elektronen vor dem Eintritt in den Analysator vorverzögern kann. Spektren, die einen größeren Energiebereich erfassen sollen, werden durch "scannen" einer Retardierungsspannungen im Linsensystem erzeugt. Dafür wird ein variables elektrostatisches Feld so eingestellt, dass eintreffende Photoelektronen mit einer spezifischen kinetischen Energie bis auf die eingestellte Pass-Energie (±ΔE) des Halbkugelanalysators verzögert werden. Um konstante Energieauflösung im Spektrum zu gewährleisten, werden Messungen normalerweise bei konstanter Pass-Energie durchgeführt.

Photoelektronenspektren

Übersichtsspektrum einer sauberen Aluminiumfolie und von Folien-
oberflächen welche durch Kontakt mit Latexhandschuhen
bzw. den bloßen Händen kontaminiert wurden.

In einem Photoelektronenspektrum ist die Anzahl der detektierten Photoelektronen pro Energieintervall (oder auch die Zählrate) gegen deren Bindungsenergie aufgetragen. Dabei ist ein Übersichtsspektrum (auch Wide-scan oder Survey Spektrum genannt) in der Regel der Ausgangspunkt der meisten XPS-Analysen, da es alle auf der Probenoberfläche vorhandenen Elemente zeigt, die im Erfassungsbereich der gewählten Röntgenquelle liegen. Eine Analyse solcher Übersichtsspektren ermöglicht es, eine anschließende Aufnahme von hochauflösenden XPS-Spektren zielgerichtet zu planen.
Jedes Element hat sein eigenes Spektrum, so ähnlich wie jeder Mensch seinen eigenen Fingerabdruck besitzt. Bei einer Mischung aus Elementen setzt sich in der Photoelektronenspektroskopie (XPS) das Gesamtspektrum im Wesentlichen aus der mit der Konzentration gewichteten Summe der Einzelspektren aller beteiligten Elemente zusammen. Ohne Energieverluste können Photoelektronen aufgrund der kurzen inelastischen mittleren freien Weglänge (IMFP, oder λ) von Elektronen innerhalb eines Festkörpers nur aus den obersten ca. 1–10 nm einer Festkörperoberfläche emittiert werden. Nur diese Photoelektronen tragen somit zu den charakteristischen Signalen (Peaks) im Spektrum bei. Die inelastisch gestreuten (d.h. durch Wechselwirkungen mit den Atomen der Oberfläche abgebremsten) Photoelektronen hingegen erzeugen eine "stufenartiges" Untergrundsignal.
Das seitlich gezeigte Übersichtsspektrum von handelsüblicher Aluminiumfolie weist verschiedene Aluminium- und Sauerstoffpeaks sowie weitere Peaks auf, die eine Oberflächenverunreinigung darstellen. Quantitative Informationen können aus der Peakfläche nach einer Korrektur mit den entsprechenden relativen Empfindlichkeitsfaktoren (engl. Relative Sensitivity Factors oder RSF) extrahiert werden. Die so korrigierten Peakflächen sind repräsentativ für die Materialmenge in der Probenoberfläche. Die Identifikation chemischer Bindungszustände hingegen ergibt sich in der Regel aus der Analyse der exakten energetischen Lage sowie relativen Abständen von Elementpeaks bzw. bestimmter Eigenarten des Spektrums.

Analyse von Bindungszuständen

XPS Detailspektrum des C 1s - Signals von Polyethylen-
terephthalat (PET)

Ein wichtiger Aspekt der XPS-Methode ist die Möglichkeit, durch eine chemische Verschiebung (engl. chemical shift) der einzelnen Photoelektronen-Peaks Informationen über den chemischen Bindungszustand zu erhalten. Die Bindungsenergie der Atomkern nahen Niveaus ("core-Level"), aus denen die Photoelektronen emittiert werden, reagiert empfindlich auf die Elektronenverteilung im Valenzband. Wenn ein Atom eine chemische Bindung mit einem anderen Atom eingeht, ändert sich dessen Valenzelektronendichte, was zu einer Anpassung des elektrostatischen Potentials führt, das auf die Kernelektronen wirkt. Dabei ist die chemische Verschiebung ungefähr proportional zur Oxidationszahl des Atoms und spiegelt dessen Oxidationszustand wieder. Variationen in der Lage der Bindungsenergien können also zur Identifizierung (und Quantifizierung) des chemischen Bindungszustandes des analysierten Materials verwendet werden.
Ein Beispiel gibt die Abbildung welche die C 1s-Region des XPS-Spektrums des Polymers Polyethylenterephthalat (PET) zeigt. Die Kohlenstoffatome in PET liegen hier in drei unterschiedlichen chemischen Bindungszuständen vor, die sich in den drei Peaks des XPS-Spektrums wiederspiegeln.

Tiefeninformationen aus XPS-Analysen

Winkelaufgelöste Si 2p Spektren eines oxidierten Siliziumwavers

In einem XPS Experiment wird der Elektronenenergieanalysator üblicherweise so positioniert, dass der Großteil der von der Probenoberfläche detektierten Elektronen eine Trajektorie aufweisen, die mit der Oberflächennormalen übereinstimmt. In dieser Geometrie weist die XPS eine maximale Empfindlichkeit für Signale aus dem Probenvolumen auf. Die Informationstiefe kann im Allgemeinen für diesen Fall mit ca. 10 nm angegeben werden.

Die Photoelektronen können im Mittel nur eine begrenzte Strecke (Mittlere freie Weglänge = IMFP) durch den Festkörper zurücklegen, bevor eine Wechselwirkung mit den Atomen des Festkörpers auftritt. Diese Wechselwirkungen führen in der Regel zu einem Energieverlust des Photoelektrons. Der Oberflächenbeitrag des Photoelektronensignals lässt sich daher beeinflussen, indem der Winkel, unter dem die Elektronen von der Oberfläche abgenommen werden, variiert wird:

Durch schrittweise Änderung der Proben-Neigung von 0° bis 85° wird die Oberflächenempfindlichkeit, bedingt durch die effektive Verringerung der XPS-Informationstiefe, in derart durchgeführten Experimenten erhöht. Man bezeichnet diese Methode auch als "Winkelaufgelöste XPS" (engl. Angle-resolved XPS = ARXPS oder ADXPS).
Die Winkelabhängigkeit des detektierten XPS-Signals erlaubt also die zerstörungsfreie Analyse der Tiefenverteilung von Elementen bzw. Bindungszuständen in der Nähe der Oberfläche.
Die Abbildung zeigt das Resultat einer solchen Analyse anhand einer dünnen Oxidschicht auf einem Siliziumwafer.

Al2p Peak einer Aluminiumfolie
(Die spin-orbit Komponenten sind jeweils zusammengasst)

Basierend auf der Annahme einer homogenen Deckschicht ist die Berechnung von Schichtdicken auch mit nur einer einzigen Messung pro Probe in Normalemission möglich. Die Methode selbst ist vorteilhaft, da sie auf jede Röntgenquelle anwendbar ist und keine Probenvorbereitung wie z.B. Ionenätzen erfordert. Obwohl die Methode ursprünglich für Aluminiumoxid auf Aluminiumoberflächen hergeleitet wurde, kann sie ohne weiteres auch auf andere Dünnfilm-, Metalloxid/Metall-Schichtsysteme, wie beispielsweise auf Silizium oder Kupfer, angewandt werden. Voraussetzung ist, dass die relevanten Informationen innerhalb der oberen ~10 nm der Oberfläche liegen.

Die Abbildung zeigt exemplarisch die Schichtdickenbestimmung von Aluminiumoxid auf einer Aluminiumfolie. Bei ~73 eV erkennt man das Al 2p Signal des metallisch vorliegenden Aluminiums, bei ~75 eV das Signal der darüberliegenden Oxidschicht, also des oxidiert vorliegenden Metalls. Anhand des Intensitätsverhältnisses dieser beiden Linien lässt sich die Schichtdicke der Oxidschicht mit 4,9 nm abschätzen. Gleichzeitig kann bei geeigneten Proben über die Analyse des Sauerstoffsignals das Oxyd- / Hydroxydverhältniss bestimmt und über das Übersichtsspektrum eventuelle Kontaminationen der Probenoberfläche erkannt werden.


XPS Sputter-Tiefenprofilmessungen

XPS-Sputtertiefenprofil einer Festplatte

Benötigt man Elementinformationen aus größerer Tiefe, so bietet sich die Möglichkeit der Sputter-Tiefenprofilmessung an. Bei diesem Verfahren wird mit Hilfe einer Sputterquelle (typischerweise Argon-Ionen oder Argon-Cluster-Ionen) schichtweise Material von der Probenoberfläche abgetragen. Nach jedem dieser Sputterschritte wird die Zusammensetzung der neu freigelegten Oberfläche abermals mittels XPS analysiert. Aus den so gewonnen Daten kann ein quantitatives Konzentrationsprofil der Elementverteilung innerhalb des Schichtaufbaus abgeleitet und mögliche Veränderungen der chemischen Zusammensetzung mit zunehmender Tiefe untersucht werden. Kennt man die Sputterraten des Probenmaterials, so kann die Sputterzeit in eine genaue Sputtertiefe umgerechnet und damit die Schichtdicken bestimmt werden.

Ein Beispiel für diese Technik zeigt die folgende Abbildung. Gemessen wurde hier die Zusammensetzung der Oberfläche einer handelsüblichen Festplatte. Im Ergebnis kann der Schichtaufbau quantitativ rekonstruiert werden.

Argon Cluster-Quellen zur Tiefenprofilanalytik

Klassische Sputterquellen für die Tiefenprofilanalytik nutzen monoatomare Argon-Ionen. Für sehr viele Anwendungen sind diese hervorragend geeignet. Dies ist insbesondere der Fall, für Fragestellungen bei denen es primär um die Elementverteilung innerhalb des Schichtaufbaus von anorganischen Proben geht.

In organischen Materialien hingegen kann der Beschuss mit monoatomaren Ionen zu einer großflächigen Schädigung der Oberfläche und unerwünschten Veränderungen in der Oberflächenchemie des Analyten führen. Insbesondere kann es zur Zerstörung von chemischen Bindungen kommen. Eine belastbare Analyse der Oberflächenchemie (Oxidations / Bindungszustände) ist nach dem Beschuss mit monoatomaren Ionen damit oft nicht mehr, oder nur noch sehr eingeschränkt, möglich.

Gas-Cluster-Ionenstrahlen (GCIB engl. Gas Cluster Ion Beam) hingegen ermöglichen eine Tiefenprofilierung selbst von sehr dünnen organischen Filmen, z.B. Polymeren, bei minimalem Verlust chemischer Informationen aufgrund von Ionenstrahlschäden. Ein Argon-Gascluster Arn+ (n=75-5000) ist ein Aggregat aus einigen wenigen bis mehreren tausend Atomen.

Ar-Gascluster-Ionenstrahlen hinterlassen kaum erkennbare chemische Veränderungen auf der Oberfläche der gesputterten Probe. Sie ermöglichen Ionen-Ätzen mit geringer Schädigung/hoher Tiefenauflösung bei extrem niedriger effektiver Energie von etwa 1 bis 20 eV pro Argonatom.

Ein Beispiel dieser fortgeschrittene Technologie ist hier an einem „recovery“ Experiment von Polycarbonat gezeigt. Monoatomares Ionenätzen zerstört erkennbar die chemischen Bindungen in der Probe. Mittels nachfolgendem GCIB sputtern wird ein "Recovery" der Probenoberfläche durch entfernen der durch den monoatomaren Beschuss erzeugten beschädigten Organik erreicht.

Die GCIB- Technologie ist bei der Analyse moderner Mehrschichtstrukturen wie beispielsweise bei OLEDs von großer Bedeutung, kann aber auch zu einer deutliche Verbesserung bei der Analyse etablierter Materialien beitragen. Eine Kombination von XPS mit GCIB erweitert das Spektrum der Materialien, die mit XPS analysiert werden können erheblich.
So können das Sputterätzen und eine Tiefenprofilierung bis in den  Mikrometerbereich  für Proben realisiert werden( z.B. organische und biologische Proben, Polymere) die durch Monoatomare Ionenstrahlen zerstört werden.

Typische Anwendungen der Cluster-Quelle sind:

  • schnelle Tiefenprofilierung von Polymeren unter Erhalt der Bindungsinformation
  • minimale Schädigung sowohl bei organischen als auch anorganischen Materialien
  • Tiefenprofile von mehrschichtigen Polymerstrukturen
  • Tiefenprofile von Mischmaterialien (polymer/anorganisch)
  • effiziente und schnelle Reinigung von Oberflächenverunreinigungen vor der Analyse
  • Oberflächenreinigung von Oxiden und Gläsern
  • Tiefenprofile an behandelten Polymeroberflächen
  • Tiefenprofile von Metallen und Oxiden
  • Verständnis der Polymerelektronik
  • Analyse von Graphen-basierten Produkten
  • Konformität biomedizinischer Beschichtungen
  • Vergleich von Vorbehandlungen an Oberflächen, z.B. Geweben
  • Analyse organischer und anorganischer Solarzellen
  • Vorbereitung von High-k-Materialien für winkelaufgelöste XPS-Analysen
Technische Daten unseres Photoelektronenspektrometers
Merkmal
Spezifikation
Röntgenquelle
Al Kα Strahlung, monochromatisiert
Nachweisbare Elemente
Li bis U; chemische Bindungszustände
Nachweisgrenze
0,05 - 1 At% (Elementabhängig), Sub-Monolagen
Informationstiefe
ca. 1 - 10 nm
Laterale Auflösung
ca. 30 µm
Chemische Auflösung
~ 0.2 eV
Quantitative Analysetechnik
Tiefenprofilanalysen
✔ (Tiefe bis 1-2 µm)
Winkelabhängige XPS
Erweiterte Fähigkeiten
Sputter-Tiefenprofile: monoatomare Argon-Ionenquelle, Argon Cluster-Ionenquelle, rotierbarer Probenteller (Zalar Rotation), AR-XPS (winkelabhängige XPS-Messungen), 2D-Mapping / Imaging, Linienprofilierung, Small-Spot XPS, Auswahl und Dokumentation (CCD-Kamera) spezifischer Messpositionen mit ~µm Präzision, Messung von Isolatoren mit präziser Ladungskompensation.
Probengröße
Max. 60x60 mm, Höhe 20 mm
Vorraussetzungen
alle Vakuum kompatiblen Festkörper und viskosen Öle.
keine stark magnetischen oder nassen Proben!

 

Photoelektronenspektrometer (XPS)
Mittels Photoelektronenspektroskopie (XPS) untersuchbare Materialien
  • Metalle, Metall-Legierungen und Metalloxide
  • Gläser
  • Fasern, Vliese und Papiere
  • Pulver und Partikel
  • Keramische Werkstoffe / Keramiken
  • Polymere, Kunststoffe
  • Farben, Pigmente (Farbpigmente, Effektpigmente)
  • Tinten
  • Biomaterialien und Implantate
  • Halbleitermaterialien
  • Wafer
  • Kompositematerialien, Verbundwerkstoffe
  • Klebstoffe, Leime, Harze
  • Korrosionsprodukte und Korrosionsinhibitoren
  • Katalysatoren
  • chemisch funktionalisierte/modifizierte Oberflächen
  • organische Beschichtungen
  • beschichtete Folien
  • organische Verbindungen
  • Nanomaterialien wie Ruße
  • Gleitmittel, Öle
  • ...

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