深度剖析可以用来表征特定元素沿着样品深度方向上浓度的变化拓展 XPS在材料分析中的应用而往往在做深度剖析时需要预先知道一 些样品的信息及样品的膜层结构同时也要知道每一层所含有的元素 和大概的膜层厚度以便于深度分析时设定分析条件。但是当样品信息未知的情况下是否可以确定样品中所含元素纵深方向上的分布信息呢对XPS而言完全没有问题可以采用全元素深度分析。图1展示了XPS全元素深度分析的图谱。图1 不同深度的全元素图谱基本原理XPS本身纵深方向的采样深度在0.5-10nm之间为了获得样品表面以下更深的样品信息就需要对样品进行逐 层剥离然后在采集每层表面上的成分信息 如图2 中原理所示。 故此全元素深度剖析同普通的深度分析一样需要选择合适的溅射离子枪如ArC60或者GCIB对样品表 面进行溅射剥离不同的是分析过程中不是采集某些特定的元素而是进行全图谱扫描这样就可以得到 溅射后样品中每一层所含的成分信息。图2 溅射深度分析示意图溅射速率深度剖析除了要获得元素的分布情况外还需要了解膜层厚度信息为此必须测定溅射离子源的溅射速率。 对于元素溅射速率校准目前最常用有两种方法其一是标准样品法其二就是溅射深度测量法。 标准样品法即采用已知厚度标样如100nm的SiO2标样采用分析时所用的溅射条件测量SiO2中O1s的深 度分布曲线(图3)测量溅射到SiO2/Si界面所用的时间t;并假定溅射过程中溅射速率恒定即可得知溅射速率为100/t。图3 O1s深度分布曲线溅射深度测量法这样方法最直接就是将溅射后的样品坑采用其它的分析手段如表面轮廓仪台阶仪等 如图4台阶仪测量溅射坑示意图即用探针扫描溅射坑从而测得溅射坑的深度d在已知总的溅射时间T的 情况下同样假定溅射过程中样品溅射速率恒定即可得知样品的溅射速率d/T。图4 台阶仪测量溅射坑示意图应用案例样品为蓝光DVD光盘(如图5)采用上述的全元素分析方法测量溅射后每一层表面所含有的元素如图6 在标定样品的溅射速率后获得元素分布如图7分析该谱图发现该DVD光盘中与已知的光盘结构不同 出现了有未知的结构。并且该未知层中含有In/Zr/Te/Ge/Bi等元素其浓度分布如图7所示。结语为了充分发挥X-射线光电子能谱XPS的分析功能深入了解其深度剖析功能的基本原理以及溅射速率的 标定方法对于深入了解材料性能有重要的意义尤其是在分析未知样品中成分的深度分布时X-射线光电 子能谱XPS的全图谱分析优势更加明显。另外在实际的深度剖析中要选择合理溅射条件避免因离子溅射过程而产生的择优溅射界面混合以及 溅射还原等不利因素更要选用科学的方法标定样品的溅射速率从而将成分随溅射时间变化的曲线转化为 成分随深度变化的曲线。最后X-射线光电子能谱XPS深度剖析的就其本质上讲其采集的谱图还是表面成分只是这种表面成分 随着离子枪在纵深方向上对样品不断剥离使样品的表面不断变化而已。因此XPS深度剖析只是将最原始的 数据谱即键合能-计数率谱线按照一定物理原理利用特定的数学方法变换为深度分布曲线即深度原子浓度曲线。