什麼是XPS（X光光電子能譜法）
由X光所放出之光電子的束縛能，調查表面數nm內所含元素及其化學鍵結狀態（氧化數等）的分析方法。
日文名稱: XPS(X線光電子分光法)
「XPS（X光光電子能譜法）」出現在1領域的2道練習題中（材料分析(SEM、TEM、XRD、XPS)等）。
這個名詞所屬的領域: 材料分析(SEM、TEM、XRD、XPS)
束縛能的求法
XPS以Al Kα射線（1486.6 eV）等X光照射試樣，量測因光電效應飛出之電子的動能 E_K。束縛能由 E_B = hν − E_K − φ 求得（φ 為能譜儀的功函數），且每個元素與內殼層能階都有固定的值，因此可由峰的位置得知元素。例如氧化物的O 1s約為530 eV，以Al Kα射線量測時，會出現在約950 eV的動能處。2p或3d能階因自旋-軌道耦合分裂為2條，2p₃/₂ 與 2p₁/₂ 的面積比大約為2:1。
只看得到表面數nm的原因
X光本身可進入試樣的深處，但光電子在試樣中容易受到非彈性散射，能不損失能量而逃出的，只有在表面附近產生的光電子。光電子的非彈性平均自由徑 λ，在動能數百〜約一千數百eV的範圍約為1〜3 nm，偵測到的訊號約95%來自深度3λ以內。將試樣傾斜、增大從表面法線量起的取出角θ時，分析深度會變淺為3λcosθ。利用這一點，可以不破壞試樣而調查薄氧化膜的厚度或深度方向的組成差異。
化學位移與帶電
即使是相同元素，若電子被周圍的原子吸引而帶正電，內殼層的電子就被更強地束縛，束縛能往高的一側偏移。這就是化學位移，Si 2p中元素態的Si約為99 eV，SiO₂ 約為103 eV。偏移只有數eV左右而很小，因此常進行把重疊的峰分解成各成分的峰形分離。絕緣物會因光電子脫出而使表面帶正電，整個峰往高的一側偏移，因此以低能量電子照射來中和，並以表面汙染碳的C 1s（約284.8 eV）為基準校正。
可使用的範圍與注意事項
XPS能偵測H與He以外的所有元素，偵測下限依元素約為0.1〜1 at%。分析需要超高真空，分析區域的大小依儀器與條件，從約10 µm到約1 mm不等。深度方向的分布以Ar離子一邊濺射一邊量測，但離子的照射可能使氧化物被還原，或特定元素被選擇性地濺射掉，使化學狀態或組成改變。對有機物則使用損傷小的氬氣團簇離子。想調查更微小的區域時，與以電子束激發的歐傑電子能譜術（AES）區分使用。
練習XPS（X光光電子能譜法）的題目
XPS（X光光電子能譜）的偵測深度與由此得到的資訊，下列何者正確？
- AX光可達試樣數µm深，因此可得知深至數µm的平均成分
- B偵測深度約為數nm，可由峰的化學位移得知元素的鍵結狀態（氧化數等）
- C偵測深度約為數nm，但只能得知元素種類，無法得知鍵結狀態
以Al Kα射線（能量1486.6 eV）進行XPS時，量得Si 2p光電子的動能為1378.8 eV。設儀器的功函數為4.5 eV，束縛能最接近下列何者？
- A約112.3 eV
- B約107.8 eV
- C約103.3 eV
查看答案與解析
正確答案：C. 約103.3 eV
由光電效應的能量守恆，束縛能為 E_B = hν − E_K − φ = 1486.6 − 1378.8 − 4.5 = 103.3 eV。Si 2p的束縛能在元素態Si約為99 eV，高了約4 eV的這個值是SiO₂（Si⁴⁺）的典型值，可判斷表面已被氧化。約107.8 eV 是忘了減去功函數的值，約112.3 eV 是應減去功函數卻加上的值。量測絕緣物時，帶電會使峰偏移，因此常以表面汙染碳的C 1s峰（約284.8 eV）為基準修正束縛能。
常見問題
XPS與ESCA相同嗎？
是相同的分析方法。ESCA（electron spectroscopy for chemical analysis）是強調能得知化學狀態的名稱，現在一般稱為XPS。
XPS能量測氫嗎？
無法量測。氫與氦沒有內殼層電子，放出光電子的機率（光游離截面積）也非常小。氫的分布以SIMS等方法調查。
XPS與EDS有什麼不同？
XPS量測X光激發的光電子，可得知表面數nm內的元素與化學狀態。EDS量測電子束激發的特性X光，可得知到µm左右深度的元素組成，但幾乎無法得知化學狀態。
解析中的「XPS（X光光電子能譜法）」
在XPS中，入射X光本身可達試樣數µm深，但產生的光電子容易因非彈性散射而失去能量，能以原本的能量從表面逸出的，只有在深度數nm以內產生者。
XPS（X光光電子能譜）的偵測深度與由此得到的資訊，下列何者正確？
出現「XPS（X光光電子能譜法）」的題目（2題）
相關名詞
SEM（掃描式電子顯微鏡） EDS（能量散布式X光能譜法） 布拉格定律 消光規則 謝樂公式 SIMS（二次離子質譜法） XRD（X光繞射）