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岛津XPS采用的DLD二维探测器,看得见的XPS “快速”平行成像

岛津XPS采用的DLD二维探测器,看得见的XPS “快速”平行成像
 
 提到X射线光电子能谱(XPS)技术,大家并不陌生,其可按照得到的元素结合能位置对样品表面元素及其价态进行阐发;当样品表面成分不均匀时,大家通常会想到需要借助扫描电镜、电子探针等技术观察元素的分布情况,而大多人对于采用XPS技术进行元素成像了解甚少,那么XPS成像到底具有哪些特点,以及能在哪些方面进行应用呢?带着这些问题,小编先带大家来看两个例子。
 
 医用纺织品改性阐发(C-C、C-O化学态成像)
 多聚网状聚丙烯可以作为医用材料,用于疝气外科手术和其它软组织缺损的修复。但由于亲疏水性能的差异,人体中植入这些材料可能会引起感染。为了降低感染率,可以对其进行表面改性,例如采用聚乙二醇(PEG)对聚丙烯(PP)进行表面等离子体改性,由于PEG结构中存在C-O键,而PP中则主要为C-C键和C-H键,因此可以分别对C-C与C-O两种化学态成像来辅助判断表面改性的均匀性,成像结果见下图1:此中绿色代表PEG涂覆改性较好的区域;红色代表较差的区域,混合区域代表PEG与PP共存。
 
  PP网状结构上PEG涂覆材料测试结果:绿色代表涂覆较好的区域;红色代表涂覆较差的区域
 硅片表面氧化硅颗粒分布(单质Si、SiO2化学态成像)
 如下图2为单质硅基底表面沉积氧化硅颗粒,通过XPS成像可以表征SiO2及单质Si的分布情况,且可以由成像结果得到在不同区域的某化学态的相对含量,如下抉择了四个不同的区域,分别计算得到了单质Si与SiO2的相对含量,该应用可拓展至硅片表面生长氧化硅膜、硅片表面氧化硅物种去除等研究。
 
 单质Si基质上沉积SiO2颗粒的成像结果:绿色和红色分别为单质态Si和SiO2的Si2p成像结果
 

 通过以上两个例子,相信大家对于XPS成像技术的应用有了初步的了解。随着XPS技术的发展以及对阐发技术的要求,成像及小束斑(微区)XPS阐发备受存眷,尤其是针对微电子器件和表面改性材料。扫描电镜、电子探针等技术可以观察元素分布情况,但对于超轻元素(如Li)以及元素化学态的分布检测却束手无策,采用成像XPS技术可表征由Li~U元素的分布,且可以分别采集元素不同化学状态的成像结果。岛津XPS仪器配备DLD二维延迟线检测器,具有常规扫描采谱、快照采谱(较适用于深度剖析过程中成分变化监测)以及平行成像三个模式,可谓身兼数职!
 
 岛津XPS采用的DLD二维探测器,可以同时采集元素的位置和强度信息,无须扫描样品台,因此在数分甚至数秒内便可以得到元素的化学态分布信息,成像分辨率可达1μm。如下视频所示,仅在不到2min的时间内便得到了400*400μm区域内Au元素的分布情况;针对得到的元素成像结果可以进行选区阐发,两个不同位置测得元素存在很大差异,区域1表面主要由C、O、Au、F元素组成,区域2表面则主要由C、O、Si元素组成,在数分钟之内便可得到几十微米范围内的元素谱图,实现精准的微区阐发。
 
 传统的扫描电镜、电子探针等技术较难进行超轻元素(如Li)以及元素化学态的分布检测,传统的XPS技术仅能给出某一区域的元素化学态,缺少化学态空间分布的信息,XPS成像技术应研究需求而生,可以很好的解决以上难题。岛津XPS仪器配备DLD二维延迟线检测器,在兼备高效采谱功能的同时还可以完成快速平行成像,对半导体器件微区阐发、表面改性/处理等材料的表征提供了有力手段。
 
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