PHI Quantes 雙掃描XPS探針

簡介
PHI Quantes 雙掃描XPS探針是以Quantera II系統為基礎，進行技術升級后得到的全新版本。PHI Quantes的主要突出特點，是擁有世界**的同焦Al Ka和Cr Ka的雙掃描X射線源；相比常規的Al Ka X射線源，能量高達5.4 KeV的Cr Ka作為硬X射線源，一方面可以探測到表面更深度的信息，另一方面還可得到更寬能量范圍的能譜信息，使光電子能譜數據資訊達到更內部、更深層和更寛能量的結果。Quantes是一套技術成熟的高性能XPS系統，在未來表面科學研究中將發揮至關重要的作用。

優勢
樣品表面更深的深度信息
Cr Ka和Al Ka激發的光電子具有不同的非彈性平均自由程，因此可以探測到不同的深度信息，一般的預期是Cr Ka數據中深度訊息會比Al Ka深三倍，使Quantes的分析能力得到重大的提升。

如上圖可見Cr Ka的非彈性自由層的深度是Al Ka的三倍。

如上圖左，使用Al Ka測試一SiO₂ 10nm厚樣式基本只看到表面的氧化硅；而在右圖所示在使用Cr Ka分析同一樣品可同時偵測出表面氧化硅和深度10nm后更深金屬硅的訊號。

探測高結合能的內層電子和更寛的XPS能譜

當內層電子的結合能高于1.5 KeV而小于5.4 KeV時，該層電子無法被Al Ka X射線激發產生光電子，但是卻能被Cr Ka X射線激發產生光電子。因此，使用Cr Ka能夠在激發更內層光電子的同時得到能量范圍更寬的光電子能譜（如下圖）。

特點

PHI Quantes設備雙單色光源的示意圖

• 雙單色化的X射線源，Cr Ka（4 KeV）和Al Ka（1.5 KeV）

• Cr Ka分析深度是Al Ka的三倍

如上圖，PHI Quantes雙光源都可掃描聚焦的同時定位可保證為完全一致

• Cr Ka與Al Ka雙X射線源能夠實現同點分析

• 技術成熟的雙束電荷中和技術

• Cr Ka 定量靈敏因子

可選配件

• 樣品定位系統（SPS）

• 樣品處理室（Preparation chamber）

• 冷／熱變溫樣品臺

• 團簇離子源 GCIB

應用實例分析

• 例一：金屬氧化物Fe-Cr合金分析

光電子能譜圖中，有時會出現X光激發產生的光電子與某些俄歇電子能量范圍重合的情況。例如在探測Fe-Cr合金全譜時，PHI Quantes可以一鍵切換Cr Ka與Al Ka X射線源，那么光電子與俄歇電子就能夠在全譜中很好的區分開（如下圖）。

如下圖，盡管在Fe2p和Cr2p的精細譜中，Al Ka得到的Fe2p與俄歇電子譜峰稍有重疊，但是根據不同的深度信息，我們依然可以發現Fe和Cr的氧化物只存在于樣品的表面。詳細研究Fe和Cr之間的氧化物含量可能導致氧化物厚度或深度的差異。

• 例二: 褪色的銅電極分析

如下圖中光學顯微鏡下，可以觀察到銅電極產品上顏色發生了變化，以此定位分析點A/B和a/b。再使用 PHI Quantes 對樣品這買個區域做分析。

使用PHI Quantes分析此樣品得到上圖的結果，當中 Cr Ka在（A,B）兩個分析區域結果Cu²⁺和Cu⁺組成比例有明顯的不同。但是在使用Al Ka分析（a,b）兩區域時，Cu²⁺和Cu⁺化學態和組成比基本沒有明顯的差別。

這個結果表明：在亮暗區域，Cu主要以Cu₂O形式存在。但是，用Cr Ka探測到暗處有更多的CuO，說明CuO更多的存在于Cu₂O的下面。

• 例三: 多層薄膜分析

如下圖，對一多層薄膜使用PHI Quantes分析，留意圖中所標示在不同X射線源(Al Ka & Cr Ka)和不同樣品測試傾角時，使用了藍/綠/紅示意出XPS分析深度的不同。

如以左上圖藍/綠/紅圖譜結果中可見，只有通過PHI Quantes Cr Ka分析才可以直接透過XPS探測到14nm的Y₂O₃層下面的Cr層Cr2p信息。而右上圖曲線擬合結果也可以用來研究Cr的化學狀態。通過研究Cr Ka 在90°和30°入射得到的譜圖可知，Cr氧化物是存在在Y₂O₃和Cr之間的界面。