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XPS高階知識（一）——Angle Resolved XPS

來源：研之成理時間：2020-04-11 17:14:54 瀏覽：9012次

本文轉載自研之成理

前言

前面我們介紹了很多 XPS 的基礎知識，包括基本原理，譜圖類型，分峰擬合等。而實際上，XPS 除了常規的用法之外，還有很多高階用法，比如 Angle resolved XPS, Ambient Pressure XPS ( In situ/operando APXPS ), XPS elemental mapping 等，這些測試方法在材料表面結構的研究以及材料表面結構與性能之間關系的研究中有著很重要的應用。這里我們進行一些簡單的介紹，希望對大家有所幫助。

1.什么叫 Angle resolved XPS ?其基本原理是什么？有何優點？

定義：Angle resolved XPS , 可以翻譯為角分辨 XPS , 是 XPS techniques 中的一種，主要用來分析薄膜材料，可以得到薄膜材料的厚度，材料內部組成分布等信息。

基本原理：由于電子的逃逸深度是有限的，以不同的角度來入射樣品，所激發出來的電子來自樣品中的不同位置（或者說不同角度發射出來的電子來自不同位置），而通過檢測這些信息可以反映薄膜材料不同厚度處樣品的化學結構信息。

對于同一個樣品而言，不同角度所測得的信號所反映的來自表面的和體相的信息是不一樣的，其中垂直方向( θ=90o )所獲得的表面結構信息最少，而θ值越小，表面信息越豐富。

優點：ARXPS是一種無損的測試方法; 可用于分析傳統 depth profiling techniques 所無法分析的超薄樣品；可用于分析樣品中不同元素或同一元素不同化學態的分布情況。

2. 舉例說明 ARXPS 的用途

A. 定性分析薄膜樣品表面在空氣中的氧化情況

如上圖所示，通過改變 θ 值可以定性地研究薄膜從 bulk 變化到 surface 的過程中 As 3d 的變化情況，其中 44 eV 左右的峰為 AsOx 的峰，41 eV 左右的峰為 GaAs 的峰，隨著角度從 0o 到 80o ,來自 surface 的信息越來越多，相應地，44 eV 處的 AsOx 的峰越來越強，而 41 eV 處的 GaAs 的峰越來越弱。而以 Atom concentration 對 Angle 作圖可以看到明顯的變化趨勢，GaAs 的信號和 sOx，GaOx 的信號呈現互補關系。表明，GaAs 薄膜的表面主要是 AsOx 等氧化物形式存在，而體相則以 GaAs 形式存在。

ARXPS 結果相比于常規 XPS 結果有何優點？

常規 XPS 檢測（0o）只能知道薄膜表面被氧化了，但沒法知道氧化物的具體分布情況以及被氧化的程度。而 ARXPS 可以定性地給出氧化物在 surface 和 bulk 的分布情況。當然，實際上，通過 ARXPS 還可以定量地知道表面氧化物層的厚度。

B. 定量計算薄膜的厚度