Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

Схема монохроматической системы рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС).

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС) — полуколичественный спектроскопический метод исследования элементного состава, химического и электронного состояния атомов на поверхности изучаемого материала. Он основан на явлении внешнего фотоэффекта. Спектры РФЭС получают облучением материала пучком рентгеновских лучей с регистрацией зависимости количества испускаемых электронов от их энергии связи. Исследуемые электроны эмиттируются по всей глубине проникновения используемого мягкого рентгеновского излучения в исследуемый образец (обычно порядка 1 мкм, что очень много по сравнению с размерами атомов и молекул). Однако, выбитые рентгеновскими квантами электроны сильно поглощаются исследуемым веществом настолько, что эмиттированные на глубине около 100 Å они уже не могут достичь поверхности, испуститься в вакуум и, соответственно, быть детектированными прибором. Именно поэтому методом РФЭС можно собрать информацию о самых верхних (около 10-30) атомных слоях образца без информации об его объёме. Поэтому этот метод незаменим, как метод анализа и контроля в ряде отраслей таких, как полупроводниковая индустрия, гетерогенный катализ и т. д.

РФЭС — метод анализа поверхности, который может быть использован для анализа химического состояния материала как в его первоначальном состоянии, так и после некоторой обработки, например скола, разреза или очистки в воздухе или сверхвысоком вакууме для исследования внутреннего химического состава образца, облучения высокоэнергетическим пучком ионов для очистки поверхности от загрязнений, нагрева образца, чтобы изучить изменения вследствие нагревания, помещения в атмосферу реактивного газа или раствора, облучения ионами с целью их внедрения, облучения ультрафиолетовым светом.

Поскольку для возбуждения фотоэмиссии используется излучение с известной длиной волны, энергия связи испускаемых электронов может быть найдена по уравнению, следующему из закона сохранения энергии:

$$E_{\text{b}}=E_{\text{photon}}-\left(E_{\text{k}}+\phi \right)$$

где $E_{\text{b}}$ — энергия связи электрона, $E_{\text{photon}}$ — энергия возбуждающего фотона, $E_{\text{k}}$ — фиксируемая в эксперименте кинетическая энергия электрона, φ — работа выхода спектрометра.

Литература

• Дж. Маан, В. Спайсер, А. Либш и др. Электронная и ионная спектроскопия твердых тел / Л. Фирмэнс, Дж. Вэнник, В. Декейсер. — М.: Мир, 1981. — 467 с.
• В. И. Нефедов. Рентгеноэлектронная и фотоэлектронная спектроскопия. — М.: Знание, 1983. — 64 с.
• В. И. Нефедов. Рентгеноэлектронная спектроскопия химических соединений. — М.: Химия, 1984. — 256 с.
• Мазалов Л. Н. Рентгеноэлектронная спектроскопия и её применение в химии // Соросовский образовательный журнал, т.6, № 4, 2000. с. 37-44.

См. также

• Рентгенофлуоресцентный анализ
• Ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия
• Фотоэлектронная спектроскопия

Ссылки

• Surface Analysis by Auger and X-ray Photoelectron Spectroscopy, ed. J.T.Grant and D.Briggs, published by IM Publications, 2003, Chichester, UK
• Practical Surface Analysis by Auger and X-ray Photoelectron Spectroscopy, 2nd edition, ed. M.P.Seah and D.Briggs, published by Wiley & Sons, 1992, Chichester, UK
• Practical Surface Analysis by Auger and X-ray Photoelectron Spectroscopy, ed. M.P.Seah and D.Briggs, published by Wiley & Sons, 1983, Chichester, UK ISBN 0-471-26279-X