برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۹/۰۷/۲۶ تا ۱۳۹۹/۰۸/۰۲

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۴۰۱
  • بازدید این ماه ۱۲۴
  • بازدید امروز ۰
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۳۰
  • قبول شدگان ۲۵
  • شرکت کنندگان یکتا ۱۲
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۷۶
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

منابع دهمین مسابقه ملی فناوری نانو

طرح درس

دهمین مسابقه ملی نانو

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

تحلیل داده‌های حاصل از روش‌های نوین مشخصه‌یابی عنصری: XPS و AES

در سال‌های گذشته، روش‌های نوین مشخصه‌یابی عنصری شامل روش طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس (XPS) و روش طیف‌سنجی الکترون اوژه (AES) به‌عنوان روش‌هایی پرکاربرد و قدرتمند بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. در این مقاله به‌طور مفصل به تحلیل داده‌های کمی و کیفی این دو روش و پروفیل عمقی پرداخته شده، و هم‌چنین مزایا و محدودیت‌های آن‌ها مورد بحث و بررسی قرار خواهند گرفت. 

 

1-   مقدمه

روش طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس، یک روش توانمند برای آنالیز سطوح و بررسی ترکیب شیمیایی سطوح مواد معدنی و آلی به‌شمار می‌رود. اساس این روش آنالیز حساس به سطح مواد، برانگیختن اتم‌های سطح نمونه به‌کمک یک پرتو فوتونی مانند اشعه ایکس با انرژی 2000-200 الکترون‌ولت و اندازه‌گیری انرژی الکترون‌های ساطع‌شده از سطح است. اصول و مبانی روش طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس و هم‌چنین، اجزای مختلف دستگاه و نحوه آماده‌سازی نمونه برای مشخصه‌یابی با XPS، در یکی از مقالات سایت آموزش نانو با عنوان «طیف‌نگاری فوتوالکترونی اشعه ایکس (XPS)»، مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

حین مشخصه‌یابی نمونه با روش طیف‌سنجی الکترون اوژه، ابتدا نمونه در معرض یک پرتو الکترونی پرانرژی قرار گرفته و یونیزه می‌شود. بنابراین، این نمونه ناپایدار برای رسیدن به حالت پایدار، باید انرژی اضافی خود را از دست دهد. کاهش انرژی اضافی از طریق دو تحول شامل تابش فوتوالکترون اشعه ایکس و خروج الکترون اضافی از لایه خارجی اتم صورت می‌گیرد، که به این الکترون‌ها، الکترون اوژه گفته می‌شود. اصول، مبانی و اجزای مختلف دستگاه طیف‌سنجی الکترون اوژه، در یکی از مقالات سایت آموزش نانو با عنوان «طیف‌نگاری الکترون‌های اوژه (AES)»، مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.       

 

2-   طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس

1-2- آنالیز کیفی

روش طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس روشی قابل‌اعتماد برای شناسایی عناصر موجود در سطح، تا عمق 10 نانومتری، بسته به انرژی پرتو ایکس مورد استفاده است. طیف حاصل از این روش، دارای دو محور عمودی (نشان‌دهنده شدت سیگنال) و محور افقی (نشان‌دهنده انرژی پیوندی یا انرژی جنبشی فوتوالکترون‌ها) است. موقعیت پیک‌ها بستگی به حالت شیمیایی عناصر، نوع پیوند آن‌ها، گروه‌های عاملی و غیره دارد. به‌عنوان مثال، موقعیت پیک ایجاد شده برای پیوند یگانه کربن با اکسیژن، با پیوند دوگانه آن‌ها متفاوت خواهد بود. تفاوت موقعیت پیک‌های کربن در دی‌اکسید کربن با پیک حاصل از هیدروکربن اشباع، مثالی دیگر در این زمینه است.

 

*  شناسایی پیک

از آن‌جایی که طیف به‌دست آمده در روش طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس، پیک‌های الکترون اوژه را هم در برمی‌گیرد. دلیل این پدیده، عمق بیش‌تر آنالیز هنگام استفاده از پرتو ایکس بوده و فوتوالکترون‌ها در این روش از لایه‌های داخلی‌تر و نزدیک به هسته خارج می‌شوند. بنابراین، الکترون‌های لایه‌های نزدیک سطح یا همان الکترون‌های اوژه هم همراه این الکترون‌ها خارج شده و در تشکیل طیف شرکت می‌کنند. بنابراین اولین گام در آنالیز کیفی طیف‌ها، تمایز پیک‌های فوتوالکترون پرتو ایکس از پیک‌های الکترون اوژه است. روشی که برای تمایز این پیک‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، استفاده از دو منبع متفاوت پرتو ایکس مانند آلومینیوم (Al Kα) و منیزیوم (Mg Kα) است. پیک‌های الکترون اوژه بستگی به انرژی سینتیکی الکترون‌های اوژه داشته و می‌توان با تغییر در انرژی پرتو ایکس فرودی، آن‌ها را تشخیص داد؛ چرا که موقعیت آن‌ها با تغییر انرژی تغییر خواهد یافت. شکل 1 مثالی از تغییر موقعیت پیک‌های الکترون اوژه با تغییر در منبع پرتو ایکس فرودی را نشان می‌دهد.

 

شکل 1- مثالی از تغییر موقعیت پیک‌های الکترون اوژه با تغییر در منبع پرتو ایکس فرودی.

 

برخلاف روش طیف‌سنجی الکترون اوژه، موقعیت پیک‌ها در روش طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس بستگی به شرایط طیف‌سنج و سطح نمونه دارد. به‌طور کلی، از موادی مانند سیلیسیوم برای کالیبره کردن طیف‌های فوتوالکترون پرتو ایکس استفاده می‌شود، چرا که این مواد جابه‌جایی بسیار اندک و قابل چشم‌پوشی دارند. 

 

*  جابه‌جایی پیک‌ها  

جابه‌جایی پیک یا به‌عبارت دیگر، تغییر در موقعیت ظهور پیک از لحاظ انرژی پیوندی یا جنبشی، نشان از تغییر نوع عنصر، تغییر در نوع پیوند، تغییر در تعداد الکترون‌های ظرفیت و یا حتی تغییر در اسپین اوربیتالی اتم‌ها دارد. امکان تطبیق پیک‌ها با تغییری بسیار جزئی در انرژی پیوندی آن‌ها وجود دارد که در این شرایط باید با استفاده از نرم‌افزار نصب‌شده روی سیستم طیف‌سنج اقدام به شناسایی پیک‌ها کرد. شکل 2 تعدادی از کاربردهای طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس در شناسایی نوع پیوندها، الکترون‌های ظرفیت و اسپین اوربیتالی را نشان می‌دهد.

 

      

شکل 2- تعدادی از کاربردهای طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس در شناسایی (الف) نوع عنصر، (ب) اسپین اوربیتالی، (پ) الکترون‌های ظرفیت و (ت)  نوع پیوند.

 

شکل 2-الف، به‌وضوح نشان دهنده امکان شناسایی نوع عنصر را با بررسی انرژی پیوندی پیک‌ها است. در این طیف، انرژی پیوندی پیک‌های متناظر با عناصر اکسیژن و کربن حدود 200 الکترون‌ولت تفاوت دارند. هم‌چنین، انرژی پیوندی اسپین‌های الکترونی 1/2 2P و 3/2 2P نیکل در شکل 2-ب حدود 15 الکترون‌ولت داشته و عاملی برای شناسایی و تشخیص آن‌ها است. با استفاده از طیف‌های با رزولوشن بالا که تفاوت‌های جزئی در انرژی پیوندی را بهتر مشخص می‌کنند، می‌توان تعداد الکترون‌های ظرفیت یک عنصر در ترکیب را تعیین کرد (شکل 2-پ). بر اساس شکل 2-ت، با تغییر پیوند بین کربن و اکسیژن از یگانه به دوگانه، حدود 5 الکترون‌ولت تغییر در انرژی پیوندی پیک‌ها ایجاد می‌شود.  

 

*  نگاشت  عنصری (Elemental Mapping)

یکی دیگر از کاربردهای طیف‌سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس، ارائه نگاشت یا نقشه‌ از نحوه توزیع عناصر در نمونه مورد مطالعه است. با استفاده از این روش می‌توان مکان و توزیع دقیق هر عنصر و هم‌چنین، تمامی عناصر موجود را به‌صورت یکجا مشاهده کرد. شکل 3 تصویر نگاشت عنصری XPS از سطح یک حس‌گر پلاتین-پالادیوم سوار شده روی زیرلایه سیلیکونی متخلخل با پوشش کاربید سیلیسیومی را نشان می‌دهد.  

 

شکل 3- تصویر نگاشت عنصری XPS از سطح حس‌گر پلاتین-پالادیوم سوار شده روی زیرلایه سیلیکونی متخلخل با پوشش کاربید سیلیسیومی.

 

*  مواد عایق  

یکی از برجسته‌ترین مزایای طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس، توانایی آن در مشخصه‌یابی مواد عایق مانند کاغذ، پلاستیک، شیشه و غیره است. پیک‌های مواد عایق معمولا با پیک‌های موجود در مراجع (بانک‌ داده‌ها)، انطباق ندارند. با خروج فوتوالکترون‌ها از سطح یک ماده عایق، بار مثبت روی سطح آن ایجاد شده و با تجمع هرچه بیش‌تر این بارهای مثبت، پتانسیل سطح ماده حین طیف‌سنجی تغییر می‌یابد. با تغییر پتانسیل سطح ماده، انرژی پیوندی یا انرژی جنبشی به میزان چند ده الکترون‌ولت تغییر می‌یابد. در چنین شرایطی، معمولا سطح ماده عایق با استفاده از باریکه‌ای از الکترون‌های با انرژی پایین بمباران می‌شود تا کمبود بار ناشی از خروج فوتوالکترون‌ها را جبران کند. شکل 4 مقایسه‌ای از طیف‌های XPS کوارتز (ماده‌ای عایق) با/بدون استفاده از بمباران با باریکه‌ای از الکترون‌های با انرژی پایین را نشان می‌دهد. به‌وضوح دیده می‌شود که طیف به‌دست آمده بدون جبران کمبود بار، اطلاعات مناسبی را فراهم نمی‌کند.

 

شکل 4- مقایسه‌ای از طیف‌های XPS کوارتز با/بدون استفاده از بمباران با باریکه‌ای از الکترون‌های با انرژی پایین برای جبران کمبود بار.

 

2-2- آنالیز کمی

استفاده از طیف‌سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس امکان محاسبه مقدار هر عنصر به‌صورت درصد اتمی را فراهم می‌کند. برای محاسبه درصد عناصر با استفاده از شدت پیک‌های ظاهر شده در طیف، می‌توان از رابطه زیر استفاده کرد:  

 

در این رابطه، Cx، Ii و Si به‌ترتیب نشان‌دهنده کسر اتمی عنصر X، شدت پیک متناظر با آن و فاکتور حساسیت هستند. شدت پیک با محاسبه مساحت زیر پیک، و فاکتور حساسیت از داده‌های موجود در مراجع به‌دست می‌آیند.  

 

3-2- پروفیل عمقی

برای بررسی تغییرات ترکیب شیمیایی از سطح تا عمق نمونه، از پروفیل عمقی استفاده می‌شود. در روش طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس، تعیین پروفیل عمقی با استفاده از دو روش مخرب (باریکه یون آرگون) و روش غیرمخرب (XPS وابسته به زاویه) انجام می‌گیرد. از پروفیل عمقی بیش‌تر در مبحث پوشش‌ها و ساختارهای تک‌لایه و چندلایه استفاده می‌شود. 

در روش مخرب، از تفنگ یونی برای بمباران سطح نمونه استفاده شده و فوتوالکترون‌ها به‌طور لایه‌لایه از سطح به بیرون انداخته می‌شوند. محدودیت اصلی این روش در نمونه‌هایی است که از دو یا چندین عنصر تشکیل شده و توزیع این عناصر در سطح به‌صورت یکنواخت نیست. بنابراین، سرعت بیرون انداختن عناصر از سطح نمونه یکسان نبوده و سطح زبر و حفره‌دار (مانند دهانه آتش‌فشان) می‌شود. شکل 5 مثال‌هایی از کاربرد پرفیل عمقی روش XPS در پوشش‌ها و ساختارهای تک و چندلایه را نشان می‌دهد.   

 

شکل 5- مثال‌هایی از کاربرد پرفیل عمقی روش XPS در (الف) پوشش تک‌لایه شیشه‌ای؛ چون شیشه از عناصر مختلفی تشکیل شده، بنابراین حفرات و زبری‌هایی در سطح آن حین مطالعه پروفیل عمقی با روش مخرب ایجاد شده است. به‌وضوح نحوه توزیع عناصری مانند اکسیژن، تیتانیوم، آلومینیوم و نئوبیوم در محدوده 200-0 نانومتری سطح تا عمق مشخص است؛ و (ب)  توزیع عناصر لایه‌های مختلف در یک ساختار چندلایه. این منحنی‌ها هم‌چنین امکان محاسبه ضخامت هر لایه را نیز فراهم می‌کند.

 

در روش غیرمخرب، پروفیل عمقی در مقیاس نانومتری (معمولا کم‌تر از 6 نانومتر) با استفاده از محاسبات وابسته به زاویه (angle dependent measurements; ARXPS) همراه با مدل‌سازی نتایج انجام می‌گیرد که تشریح روابط حاکم در این مدل‌‌ها از حوصله این مطلب خارج است.  

 

4-2- محدودیت‌ها

علی‌رغم مزایای بسیار گسترده روش طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس، استفاده از این روش با محدودیت‌هایی هم همراه است. مهم‌ترین این محدودیت‌ها شامل موارد زیر هستند:

·        لزوم سازگاری نمونه جامد با محیط اشعه ایکس و خلا؛

·        محدودیت در قطر نمونه مورد مطالعه (محدوده مجاز: 20-4 میلی‌متر)؛

·        ناتوانی در مشخصه‌یابی هیدروژن و هلیوم؛

·        محدود بودن اطلاعات در ارتباط با مواد آلی.

 

3-   طیف‌سنجی الکترون اوژه

1-3- آنالیز کیفی

آنالیز عنصری سطح در این روش براساس تطبیق انرژی‌ جنبشی الکترون‌های اوژه خروجی انجام می‌گیرد. برای شناسایی دقیق عناصر، نه تنها انرژی پیک‌ها باید تطابق داشته باشد، بلکه شکل و شدت نسبی پیک‌های اوژه مشاهده شده هم باید منطبق باشند. البته، برنامه‌های نوین کامپیوتری امکان تشخیص سریع پیک‌های اوژه را فراهم کرده‌اند. به‌طور کلی، دستگاه AES نمودار شدت سیگنال‌های الکترونی را برحسب انرژی جنبشی آن‌ها رسم می‌کند. با این وجود، هنگامی‌که دو پیک اوژه روی هم بیفتند، شناسایی آن‌ها مشکل‌تر شده و نیازمند دقت بالایی است. اولین گام در آنالیز کیفی طیف اوژه، بررسی طیف به‌دست آمده با وضوح نسبتا کم، در مدت زمان کوتاه است. طیف اوژه معمولا در محدوده انرژی 1000-0 الکترون‌ولت به‌دست می‌آید، چرا که بیش‌تر عناصر انتقال اوژه قابل‌توجهی در این محدوده دارند. هم‌چنین، الکترون‌های اوژه با انرژی‌های بیش‌تر از 1000 الکترون‌ولت، حساسیت کم‌تری به سطح دارند. دلیل این موضوع، پویش آزاد میانگین غیرالاستیک طولانی‌تر این عناصر است. برای مطالعه بیش‌تر در مورد مفهوم پویش آزاد میانگین به "پیوست 1" مراجعه کنید. معمولا در طیف‌های AES، علاوه بر الکترون‌های اوژه، الکترون‌های ثانویه و برگشتی هم با شدت بالا حضور داشته و باعث ایجاد نویز و اختلال می‌شوند. بنابراین، در نمودار اولیه تشخیص پیک‌های اوژه بسیار دشوار است. برای بهبود نسبت سیگنال به نویز، از نمودار مشتق اول سیگنال الکترونی برحسب انرژی جنبشی استفاده می‌کنند. شکل 6 مثالی از طیف AES قبل و پس از مشتق‌گیری از شدت سیگنال را نشان می‌دهد. پیک‌های اوژه پس از مشتق‌گیری به‌وضوح دیده می‌شوند.  

 

شکل 6- مثالی از طیف AES (الف) قبل و (ب) پس از مشتق‌گیری از شدت سیگنال.

 

2-3- آنالیز کمی

هدف آنالیز کمی با طیف‌سنجی الکترون اوژه، تعیین ترکیب شیمیایی سطوح جامد با محاسبه غلظت‌های اتمی از شدت پیک اوژه است. در مواردی که از طیف اولیه اوژه (بدون مشتق‌گیری از شدت سیگنال) استفاده شود، شدت پیک با محاسبه مساحت پیک پس از تفریق آن از خط پایه به‌دست می‌آید. هنگام استفاده از طیف‌های پس از مشتق‌گیری، شدت پیک با ارتفاع پیک به پیک محاسبه می‌شود. معمولا برای آنالیز کمی، از روش اوژه بدون مشتق‌گیری از شدت سیگنال استفاده می‌شود.

سه عامل مهم، تکرارپذیری شدت پیک‌های اوژه را تحت تاثیر قرار می‌دهند. این عوامل شامل (1) مشکلات مرتبط با تنظیم (تراز) نمونه، (2) انحراف الکترون‌ها توسط میدان مغناطیسی هرز و (3) وابستگی بازده آشکارساز به انرژی هستند.  

به‌طور کلی، سه روش برای کمی‌سازی طیف اوژه وجود دارد:

·        مبانی اولیه محاسبات شدت اوژه؛

·        استاندارهای ترکیبات مشخص؛

·        فاکتورهای حساسیت نسبی عنصری.

برای مطالعه بیش‌تر در مورد این روش‌ها به کتاب‌های مرجع (مرجع 6 بخش منابع و مراجع) مراجعه کنید.  

 

3-3- اطلاعات شیمیایی

علاوه بر مشخصه‌یابی عناصر موجود در سطح با استفاده از انرژی پیک‌های اوژه، امکان تشخیص تغییر در حالت شیمیایی (مانند حالت اکسیداسیون) یا محیط شیمیایی هم با تغییر در موقعیت، شدت و شکل پیک اوژه وجود دارد. بنابراین، از طیف AES، به‌خصوص پس از مشتق‌گیری از شدت سیگنال، در شناسایی و مشخصه‌یابی دقیق استفاده می‌شود. یک مثال کلاسیک در این مورد، طیف‌های اوژه مختلف کربن در ترکیبات مختلف کربن‌دار مانند کاربید مولیبدن، کاربید سیلیسیوم، گرافیت و الماس است (شکل 7).

 

شکل 7- طیف‌های اوژه مختلف کربن در ترکیبات مختلف کربن‌دار مانند کاربید مولیبدن، کاربید سیلیسیوم، گرافیت و الماس.

 

طیف‌های اوژه در شکل 7 نشان‌دهنده تغییراتی در شکل خطوط، به‌دلیل تغییر در محیط‌های شیمیایی اتم‌های کربن در چهار نمونه مطالعه شده هستند.

جابه‌جایی شیمیایی یا به‌عبارت دیگر، انتقال در انرژی، زمانی رخ می‌دهد که انتقال بار از یک اتم به اتم دیگر وجود داشته باشد. به‌عنوان مثال، اکسیژن اتمی جذب شده روی سطوح فلز یک انتقال در انرژی پیک‌های اوژه فلز ایجاد می‌کند. طیف‌های اوژه آلومینیوم در آلومینا، نیترید آلومینیوم، فلورید آلومینیوم و بورید آلومینیوم به‌وضوح این جابه‌جایی‌های شیمیایی در طیف‌سنجی الکترون اوژه را نشان می‌دهند (شکل 8).

 

شکل 8- جابه‌جایی‌های شیمیایی در طیف‌های اوژه آلومینیوم، پس از انتقال بار در ترکیبات مختلف آلومینیوم.

 

4-3- پروفیل عمقی

کاربردهای صنعتی پروفیل عمقی اوژه شامل بررسی دستگاه‌های میکروالکترونیکی، مطالعه سطوح مقاوم به خوردگی و مشخصه‌یابی سطوح اصلاح شده با پلاسما هستند. روش‌های پروفیل عمقی اوژه به سه دسته تقسیم می‌شوند: (1) روش‌های غیرمخرب، (2) پراکنش با یون‌های گاز نجیب و (3) جداسازی مکانیکی. در ادامه به‌طور مختصر به روش‌های غیرمخرب و پراکنش با یون‌های گاز نجیب پرداخته می‌شود.

 

*  روش‌های غیرمخرب

طیف‌سنجی الکترون اوژه با تجزیه و تحلیل زاویه (ARAES) امکان مطالعه پروفیل عمقی غیرمخرب تا عمق چند لایه نازک  به ضخامت حدود 100 آنگستروم را فراهم می‌کند. هم‌چنین، می‌توان پروفیل عمقی اوژه را با تغییر در هندسه آزمایش به‌دست آورد، چرا که آنالیز عمقی به زاویه انتشار الکترون اوژه بستگی دارد.

 

*  پروفیل عمقی پراکنش

پروفیل عمقی پراکنش اوژه معمولا شامل تحلیل عنصری اوژه هم‌زمان با پراکنش بمباران یونی گاز خنثی (آرگون یا زنون) با تفنگ یونی برای حذف مواد از سطح به‌صورت کنترل شده است. در چنین شرایطی، با هر مرحله لایه‌برداری، لایه‌های اتمی جدیدی در معرض باریکه قرار می‌گیرند. هم‌چنین، امکان اجرای پروفیل عمقی اوژه به‌صورت متوالی با تناوب چرخه‌های پراکنش وجود دارد. شکل 9 طیف پروفیل عمقی حاصل از طیف‌سنجی با الکترون اوژه را نشان می‌دهد.

 

شکل 9- طیف پروفیل عمقی حاصل از طیف‌سنجی با الکترون اوژه.

 

در این شکل، عنصر نئوبیوم در عمق 60 تا 200 نانومتری از سطح به مقدار حدود 45 درصد اتمی وجود دارد. توزیع سایر عناصر را هم به همین شکل می‌توان مورد مطالعه قرار داد.

 

5-3- محدودیت‌ها

مهم‌ترین محدودیت‌های طیف‌سنجی الکترون اوژه شامل موارد زیر هستند:

·        ناتوانی در شناسایی هیدروژن و هلیوم؛

·        احتمال تخریب مواد حین مشخصه‌یابی؛

·        دشوار بودن مشخصه‌یابی مواد عایق؛

·        لزوم سازگاری ماده تحت مشخصه‌یابی با خلا بسیار بالا.

 

نتیجه گیری

در سال‌های گذشته، روش‌های نوین مشخصه‌یابی عنصری شامل روش XPS و روش AES به‌عنوان روش‌هایی پرکاربرد و قدرتمند بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. در این مقاله به بررسی و تفسیر انواع نتایج حاصل از این روش‌ها و هم‌چنین، محدودیت‌های اصلی آن‌ها پرداخته شد. گفته شد که روش طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس روشی قابل‌اعتماد برای شناسایی عناصر موجود در سطح، تا عمق 10 نانومتری، بسته به انرژی پرتو ایکس مورد استفاده است. اشاره شد که برای شناسایی پیک‌ها در XPS  ابتدا باید پیک‌های فوتوالکترون پرتو ایکس از پیک‌های الکترون اوژه تمایز داد. تاکید شد که جابه‌جایی پیک یا به‌عبارت دیگر، تغییر در موقعیت ظهور پیک از لحاظ انرژی پیوندی یا جنبشی، نشان از تغییر نوع عنصر، تغییر در نوع پیوند، تغییر در تعداد الکترون‌های ظرفیت و یا حتی تغییر در اسپین اوربیتالی اتم‌ها دارد. گفته شد که یکی دیگر از کاربردهای طیف‌سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس، ارائه نگاشت یا نقشه‌ از نحوه توزیع عناصر در نمونه مورد مطالعه است. نحوه مشخصه‌یابی مواد عایق با این روش مورد بحث و بررسی قرار گرفت. هم‌چنین، آنالیز کمی در روش XPS برای تعیین درصد اتمی عناصر و هم‌چنین، انواع راه‌کارهای دست‌یابی به پروفیل عمقی با این روش به‌طور مفصل مطالعه شد. تاکید شد که آنالیز عنصری سطح در روش AES براساس تطبیق انرژی‌ جنبشی الکترون‌های اوژه خروجی انجام می‌گیرد. برای شناسایی دقیق عناصر، نه تنها انرژی پیک‌ها باید تطابق داشته باشد، بلکه شکل و شدت نسبی پیک‌های اوژه مشاهده شده هم باید منطبق باشند. گفته شد که معمولا در طیف‌های AES، علاوه بر الکترون‌های اوژه، الکترون‌های ثانویه و برگشتی هم با شدت بالا حضور داشته و باعث ایجاد نویز و اختلال می‌شوند. بنابراین، در نمودار اولیه تشخیص پیک‌های اوژه بسیار دشوار است. برای بهبود نسبت سیگنال به نویز، از نمودار مشتق اول سیگنال الکترونی برحسب انرژی جنبشی استفاده می‌کنند. اشاره شد که علاوه بر مشخصه‌یابی عناصر موجود در سطح با استفاده از انرژی پیک‌های اوژه، امکان تشخیص تغییر در حالت شیمیایی (مانند حالت اکسیداسیون) یا محیط شیمیایی هم با تغییر در موقعیت، شدت و شکل پیک اوژه وجود دارد. کاربردهای صنعتی پروفیل عمقی اوژه و روش‌های حصول آن مورد مطالعه قرار گرفت.

 

منابـــع و مراجــــع

[1] Watts, John F., and John Wolstenholme. "An introduction to surface analysis by XPS and AES." (2003).

[2] Woicik, Joseph C., and Joseph Woicik, eds. Hard X-ray photoelectron spectroscopy (HAXPES). Vol. 59. Heidelberg: Springer, 2016.

[3] Halim, Joseph, Kevin M. Cook, Michael Naguib, Per Eklund, Yury Gogotsi, Johanna Rosen, and Michel W. Barsoum. "X-ray photoelectron spectroscopy of select multi-layered transition metal carbides (MXenes)." Applied Surface Science 362 (2016): 406-417.

[4] Nguyen, Luan, Franklin Feng Tao, Yu Tang, Jian Dou, and Xiao-Jun Bao. "Understanding catalyst surfaces during catalysis through near ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy." Chemical reviews 119, no. 12 (2019): 6822-6905.

[5] Shard, Alexander G. "X-ray photoelectron spectroscopy." In Characterization of Nanoparticles, pp. 349-371. Elsevier, 2020.

[6] Gunawardane, Richard P., and Christopher R. Arumainayagam. "Auger electron spectroscopy." In Handbook of applied solid state spectroscopy, pp. 451-483. Springer, Boston, MA, 2006.

[7] Powell, Cedric J., Aleksander Jablonski, I. S. Tilinin, S. Tanuma, and David R. Penn. "Surface sensitivity of Auger-electron spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy." Journal of electron spectroscopy and related phenomena 98 (1999): 1-15.

[8] Chasoglou, Dimitris, Eduard Hryha, Mats Norell, and Lars Nyborg. "Characterization of surface oxides on water-atomized steel powder by XPS/AES depth profiling and nano-scale lateral surface analysis." Applied surface science 268 (2013): 496-506.

[9] Smetyukhova, T. N., A. V. Druzhinin, and D. A. Podgorny. "Features of the Auger spectra of Ti 2 C, SiC, and WC." Journal of surface investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques 11, no. 2 (2017): 414-419.