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PHI Quantes 雙掃描XPS探針

簡(jiǎn)介
PHI Quantes 雙掃描XPS探針是以Quantera II系統(tǒng)為基礎(chǔ)，進(jìn)行技術(shù)升級(jí)后得到的全新版本。PHI Quantes的主要突出特點(diǎn)，是擁有世界**的同焦Al Ka和Cr Ka的雙掃描X射線源；相比常規(guī)的Al Ka X射線源，能量高達(dá)5.4 KeV的Cr Ka作為硬X射線源，一方面可以探測(cè)到表面更深度的信息，另一方面還可得到更寬能量范圍的能譜信息，使光電子能譜數(shù)據(jù)資訊達(dá)到更內(nèi)部、更深層和更寛能量的結(jié)果。Quantes是一套技術(shù)成熟的高性能XPS系統(tǒng)，在未來(lái)表面科學(xué)研究中將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

優(yōu)勢(shì)
樣品表面更深的深度信息
Cr Ka和Al Ka激發(fā)的光電子具有不同的非彈性平均自由程，因此可以探測(cè)到不同的深度信息，一般的預(yù)期是Cr Ka數(shù)據(jù)中深度訊息會(huì)比Al Ka深三倍，使Quantes的分析能力得到重大的提升。

如上圖可見(jiàn)Cr Ka的非彈性自由層的深度是Al Ka的三倍。

如上圖左，使用Al Ka測(cè)試一SiO₂ 10nm厚樣式基本只看到表面的氧化硅；而在右圖所示在使用Cr Ka分析同一樣品可同時(shí)偵測(cè)出表面氧化硅和深度10nm后更深金屬硅的訊號(hào)。

探測(cè)高結(jié)合能的內(nèi)層電子和更寛的XPS能譜

當(dāng)內(nèi)層電子的結(jié)合能高于1.5 KeV而小于5.4 KeV時(shí)，該層電子無(wú)法被Al Ka X射線激發(fā)產(chǎn)生光電子，但是卻能被Cr Ka X射線激發(fā)產(chǎn)生光電子。因此，使用Cr Ka能夠在激發(fā)更內(nèi)層光電子的同時(shí)得到能量范圍更寬的光電子能譜（如下圖）。

特點(diǎn)

PHI Quantes設(shè)備雙單色光源的示意圖

• 雙單色化的X射線源，Cr Ka（4 KeV）和Al Ka（1.5 KeV）

• Cr Ka分析深度是Al Ka的三倍

如上圖，PHI Quantes雙光源都可掃描聚焦的同時(shí)定位可保證為完全一致

• Cr Ka與Al Ka雙X射線源能夠?qū)崿F(xiàn)同點(diǎn)分析

• 技術(shù)成熟的雙束電荷中和技術(shù)

• Cr Ka 定量靈敏因子

可選配件

• 樣品定位系統(tǒng)（SPS）

• 樣品處理室（Preparation chamber）

• 冷／熱變溫樣品臺(tái)

• 團(tuán)簇離子源 GCIB

應(yīng)用實(shí)例分析

• 例一：金屬氧化物Fe-Cr合金分析

光電子能譜圖中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)X光激發(fā)產(chǎn)生的光電子與某些俄歇電子能量范圍重合的情況。例如在探測(cè)Fe-Cr合金全譜時(shí)，PHI Quantes可以一鍵切換Cr Ka與Al Ka X射線源，那么光電子與俄歇電子就能夠在全譜中很好的區(qū)分開(kāi)（如下圖）。

如下圖，盡管在Fe2p和Cr2p的精細(xì)譜中，Al Ka得到的Fe2p與俄歇電子譜峰稍有重疊，但是根據(jù)不同的深度信息，我們依然可以發(fā)現(xiàn)Fe和Cr的氧化物只存在于樣品的表面。詳細(xì)研究Fe和Cr之間的氧化物含量可能導(dǎo)致氧化物厚度或深度的差異。

• 例二: 褪色的銅電極分析

如下圖中光學(xué)顯微鏡下，可以觀察到銅電極產(chǎn)品上顏色發(fā)生了變化，以此定位分析點(diǎn)A/B和a/b。再使用 PHI Quantes 對(duì)樣品這買(mǎi)個(gè)區(qū)域做分析。

使用PHI Quantes分析此樣品得到上圖的結(jié)果，當(dāng)中 Cr Ka在（A,B）兩個(gè)分析區(qū)域結(jié)果Cu²⁺和Cu⁺組成比例有明顯的不同。但是在使用Al Ka分析（a,b）兩區(qū)域時(shí)，Cu²⁺和Cu⁺化學(xué)態(tài)和組成比基本沒(méi)有明顯的差別。

這個(gè)結(jié)果表明：在亮暗區(qū)域，Cu主要以Cu₂O形式存在。但是，用Cr Ka探測(cè)到暗處有更多的CuO，說(shuō)明CuO更多的存在于Cu₂O的下面。

• 例三: 多層薄膜分析

如下圖，對(duì)一多層薄膜使用PHI Quantes分析，留意圖中所標(biāo)示在不同X射線源(Al Ka & Cr Ka)和不同樣品測(cè)試傾角時(shí)，使用了藍(lán)/綠/紅示意出XPS分析深度的不同。

如以左上圖藍(lán)/綠/紅圖譜結(jié)果中可見(jiàn)，只有通過(guò)PHI Quantes Cr Ka分析才可以直接透過(guò)XPS探測(cè)到14nm的Y₂O₃層下面的Cr層Cr2p信息。而右上圖曲線擬合結(jié)果也可以用來(lái)研究Cr的化學(xué)狀態(tài)。通過(guò)研究Cr Ka 在90°和30°入射得到的譜圖可知，Cr氧化物是存在在Y₂O₃和Cr之間的界面。