XPS (Röntgen-Photoelektronenspektroskopie): Was ist damit gemeint?

Lösung: B. Die Informationstiefe beträgt einige nm, und aus der chemischen Verschiebung der Peaks folgt der Bindungszustand (z. B. die Oxidationszahl)

Bei der XPS dringen die einfallenden Röntgenstrahlen selbst zwar einige µm in die Probe ein, die erzeugten Photoelektronen verlieren aber durch inelastische Streuung leicht Energie, und nur solche, die innerhalb weniger nm unter der Oberfläche entstehen, verlassen die Oberfläche mit ihrer ursprünglichen Energie. XPS ist daher ein Verfahren zur Untersuchung der obersten wenigen nm. Die Bindungsenergie der Photoelektronen verschiebt sich geringfügig mit dem chemischen Zustand des Atoms (chemische Verschiebung); bei Si 2p liegt beispielsweise SiO₂ etwa 4 eV höher als elementares Si, sodass sich Oxidation und Oxidationszahl unterscheiden lassen. Tiefenverteilungen werden durch Messung unter Abtrag mit Ar-Ionen oder durch Variation des Austrittswinkels der Photoelektronen untersucht. Die mittlere Zusammensetzung bis in einige µm Tiefe zu bestimmen, ist die Aufgabe von Verfahren wie der EDX im REM.

Lösung: C. ca. 103,3 eV

Aus der Energieerhaltung beim Photoeffekt folgt die Bindungsenergie E_B = hν − E_K − φ = 1486,6 − 1378,8 − 4,5 = 103,3 eV. Die Bindungsenergie von Si 2p beträgt bei elementarem Si etwa 99 eV; der um etwa 4 eV höhere Wert ist typisch für SiO₂ (Si⁴⁺), die Oberfläche ist also oxidiert. Ca. 107,8 eV vergisst, die Austrittsarbeit abzuziehen, ca. 112,3 eV addiert sie, wo sie abzuziehen wäre. Bei der Messung von Isolatoren verschiebt die Aufladung die Peaks; die Bindungsenergien werden daher häufig auf den C-1s-Peak des Kontaminationskohlenstoffs an der Oberfläche (etwa 284,8 eV) bezogen und korrigiert.