X射线光电子能谱仪的进展

X射线光电子能谱仪的进展
（1）提高能量分辨率
　　XPS 与UPS 相比，能量分辨率还不尽人意，它的谱峰太宽，造成结合能相近的峰彼此重叠。为此首先要改进激发源X 射线的自然线宽，增设单色器进行单色化，然而随之而来X 射线强度锐减。为此必须采用各种办法补救，例如：采用细聚焦旋转靶，提高激发源光子的利用率和激发源功率；采用多通道的二维检测技术，提高信号检测效率；采用计算机技术，将多次扫描的微弱信号叠加；提供更合理、更有效的物理和数学模型，进行重叠峰的分解。目前Ag3d5/2峰的半高宽可小到0.44eV。 压力表| 压力计| 真空表| 硬度计| 探伤仪| 电子称| 热像仪| 频闪仪| 测高仪| 测距仪| 金属探测器
（2）提高空间横向分辨率
　　二维表面并不是原子水平的均一物相，为了得到表面不同部位的信息，希望XPS 同SAM一样，做到微区分析、选区分析，甚至能对表面进行扫描，提供表面的显微化学像。
　　目前AES 和SIMS 等都可以提供表面的化学像，然而XPS 与它们相比明显有自己特长。X 射线对样品表面损伤远比电子束、离子束弱得多；与AES 相比，XPS 可适用于绝缘样品，XPS 可以提供丰富的化学信息，显示表面不同部位的元素分布、元素化学态分布、表面不均匀荷电分布；与SIMS 相比，XPS 除了显示定性组成，还可以提供SIMS 难以提供的定量组成信息。
　　一般情况下，XPS 的空间横向分辨率极差，这是由于X 射线对所有样品都是直接贯穿，除掠射情况以外，X 射线的反射和折射完全可以忽略，因此它不能象可见光那样，通过光学聚焦，使大面积X 射线束会聚成小束斑，更不能象电子束，离子束那样在表面扫描产生化学像。
　　XPS 用于显微分析有很多困难，然而经过多方探索也取得一些成果。在微区分析中，概括起来有两种方法：一种是限制投射到样品表面的激发源束斑尺寸；另一种是仅限于收集来自表面微区的光电子。在微区分析的基础上，XPS 成像也有两种办法：一种是在样品表面扫描，即通过移动样品或利用电子光学系统扫描，从样品表面逐点收集数据；另一种是通过微区分析，不经过扫描，直接获得放大后的内部精细化学像。最后这两种方法都是将表面不同部位的信号强度，表达成具有黑白程度不同的灰度或彩色各异的色标或平面垂直高度起伏不等的图像。
　　对于化学成像，具有实用和普遍推广价值的工作并不多。Fisons 公司利用电子透镜与半球能量分析器互相配合，进行图像解析，得到微区放大化学像，声称分辨率＜10μm。Ebel 等人利用半球形能量分析器的聚焦原理（下图），通过摄像机扫描二维多通道板，然后计算机将狭缝不同部位（图中△ ，× , ○）信号分开处理，从而得到狭缝内每个部位的全部谱峰数据，然后步进马达移动样品，再收另一个狭缝数据。狭缝尺寸为0.2×10mm ，狭缝内像点尺寸0.2×0.1mm 。与前面相比分辨率差些，然而这里提供的是谱峰面积，而不是仅有峰高数据，从而可以得到像点的定量浓度数据。Gelius 等人利用同样原理快速成像，作者所用激发源为细聚焦旋转靶外加石英单色器，提供小束斑、高通量、单色化的X 射线。另外，能量分析器入口处加一个具有放大成像功能的电子透镜，从而可以得到高能量分辨率和高空间分辨率的结果。取样狭缝尺寸为35μm×2 . 3mm ，像点尺寸35×23 μm 。

　　从上面分析可以看出：样品表面划分为大量像点，每个像点涉及不同元素的很多谱图，每个谱峰又由很多点组成，为了得到各像点的定量组成，还要扣除背景，计算峰面积，换算成定量结果。因此要求计算机容量大、运算快，另外每个微小像点提供光电子强度很小，通常需要较长时间收集数据，这给XPS 化学像的定量工作带来相当大难度。
（3）探讨能谱学理论和引进新技术
　　从光子入射到光电子检测涉及到复杂的物理模型和仪器因素，目前不同实验室、不同型号仪器的结合能数据常有一定出入，而强度数据的差别就更大，很难统一到一个合理的标准值。为此当前迫切需要深入探讨谱学理论和引进新技术，促进标准化工作，提高仪器性能，使光电子能谱发挥更大作用。