X射線光電子能譜儀的進(jìn)展

X射線光電子能譜儀的進(jìn)展
（1）提高能量分辨率
　　XPS 與UPS 相比，能量分辨率還不盡人意，它的譜峰太寬，造成結(jié)合能相近的峰彼此重疊。為此首先要改進(jìn)激發(fā)源X 射線的自然線寬，增設(shè)單色器進(jìn)行單色化，然而隨之而來(lái)X 射線強(qiáng)度銳減。為此必須采用各種辦法補(bǔ)救，例如：采用細(xì)聚焦旋轉(zhuǎn)靶，提高激發(fā)源光子的利用率和激發(fā)源功率；采用多通道的二維檢測(cè)技術(shù)，提高信號(hào)檢測(cè)效率；采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，將多次掃描的微弱信號(hào)疊加；提供更合理、更有效的物理和數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行重疊峰的分解。目前Ag3d5/2峰的半高寬可小到0.44eV。 壓力表| 壓力計(jì)| 真空表| 硬度計(jì)| 探傷儀| 電子稱(chēng)| 熱像儀| 頻閃儀| 測(cè)高儀| 測(cè)距儀| 金屬探測(cè)器
（2）提高空間橫向分辨率
　　二維表面并不是原子水平的均一物相，為了得到表面不同部位的信息，希望XPS 同SAM一樣，做到微區(qū)分析、選區(qū)分析，甚至能對(duì)表面進(jìn)行掃描，提供表面的顯微化學(xué)像。
　　目前AES 和SIMS 等都可以提供表面的化學(xué)像，然而XPS 與它們相比明顯有自己特長(zhǎng)。X 射線對(duì)樣品表面損傷遠(yuǎn)比電子束、離子束弱得多；與AES 相比，XPS 可適用于絕緣樣品，XPS 可以提供豐富的化學(xué)信息，顯示表面不同部位的元素分布、元素化學(xué)態(tài)分布、表面不均勻荷電分布；與SIMS 相比，XPS 除了顯示定性組成，還可以提供SIMS 難以提供的定量組成信息。
　　一般情況下，XPS 的空間橫向分辨率極差，這是由于X 射線對(duì)所有樣品都是直接貫穿，除掠射情況以外，X 射線的反射和折射完全可以忽略，因此它不能象可見(jiàn)光那樣，通過(guò)光學(xué)聚焦，使大面積X 射線束會(huì)聚成小束斑，更不能象電子束，離子束那樣在表面掃描產(chǎn)生化學(xué)像。
　　XPS 用于顯微分析有很多困難，然而經(jīng)過(guò)多方探索也取得一些成果。在微區(qū)分析中，概括起來(lái)有兩種方法：一種是限制投射到樣品表面的激發(fā)源束斑尺寸；另一種是僅限于收集來(lái)自表面微區(qū)的光電子。在微區(qū)分析的基礎(chǔ)上，XPS 成像也有兩種辦法：一種是在樣品表面掃描，即通過(guò)移動(dòng)樣品或利用電子光學(xué)系統(tǒng)掃描，從樣品表面逐點(diǎn)收集數(shù)據(jù)；另一種是通過(guò)微區(qū)分析，不經(jīng)過(guò)掃描，直接獲得放大后的內(nèi)部精細(xì)化學(xué)像。最后這兩種方法都是將表面不同部位的信號(hào)強(qiáng)度，表達(dá)成具有黑白程度不同的灰度或彩色各異的色標(biāo)或平面垂直高度起伏不等的圖像。
　　對(duì)于化學(xué)成像，具有實(shí)用和普遍推廣價(jià)值的工作并不多。Fisons 公司利用電子透鏡與半球能量分析器互相配合，進(jìn)行圖像解析，得到微區(qū)放大化學(xué)像，聲稱(chēng)分辨率＜10μm。Ebel 等人利用半球形能量分析器的聚焦原理（下圖），通過(guò)攝像機(jī)掃描二維多通道板，然后計(jì)算機(jī)將狹縫不同部位（圖中△ ，× , ○）信號(hào)分開(kāi)處理，從而得到狹縫內(nèi)每個(gè)部位的全部譜峰數(shù)據(jù)，然后步進(jìn)馬達(dá)移動(dòng)樣品，再收另一個(gè)狹縫數(shù)據(jù)。狹縫尺寸為0.2×10mm ，狹縫內(nèi)像點(diǎn)尺寸0.2×0.1mm 。與前面相比分辨率差些，然而這里提供的是譜峰面積，而不是僅有峰高數(shù)據(jù)，從而可以得到像點(diǎn)的定量濃度數(shù)據(jù)。Gelius 等人利用同樣原理快速成像，作者所用激發(fā)源為細(xì)聚焦旋轉(zhuǎn)靶外加石英單色器，提供小束斑、高通量、單色化的X 射線。另外，能量分析器入口處加一個(gè)具有放大成像功能的電子透鏡，從而可以得到高能量分辨率和高空間分辨率的結(jié)果。取樣狹縫尺寸為35μm×2 . 3mm ，像點(diǎn)尺寸35×23 μm 。

　　從上面分析可以看出：樣品表面劃分為大量像點(diǎn)，每個(gè)像點(diǎn)涉及不同元素的很多譜圖，每個(gè)譜峰又由很多點(diǎn)組成，為了得到各像點(diǎn)的定量組成，還要扣除背景，計(jì)算峰面積，換算成定量結(jié)果。因此要求計(jì)算機(jī)容量大、運(yùn)算快，另外每個(gè)微小像點(diǎn)提供光電子強(qiáng)度很小，通常需要較長(zhǎng)時(shí)間收集數(shù)據(jù)，這給XPS 化學(xué)像的定量工作帶來(lái)相當(dāng)大難度。
（3）探討能譜學(xué)理論和引進(jìn)新技術(shù)
　　從光子入射到光電子檢測(cè)涉及到復(fù)雜的物理模型和儀器因素，目前不同實(shí)驗(yàn)室、不同型號(hào)儀器的結(jié)合能數(shù)據(jù)常有一定出入，而強(qiáng)度數(shù)據(jù)的差別就更大，很難統(tǒng)一到一個(gè)合理的標(biāo)準(zhǔn)值。為此當(dāng)前迫切需要深入探討譜學(xué)理論和引進(jìn)新技術(shù)，促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作，提高儀器性能，使光電子能譜發(fā)揮更大作用。