X-선 광전자 분광기 (XPS ; X-ray Photoelectron Spectroscopy)

X-선을 이용하여 다양한 연구를

할 수 있다는 사실은

관련업을 하시는 분들은

많이 알고 계실 것 같습니다.

 

X-선은 지구 상에 존재하는

대부분 원소들의

외곽 전자를 여기시킬 수 있는 에너지로

물질의 전자구조를 연구하는데

많이 사용되고 있습니다. 

 

X-선 광전자 분광기는

고체 표면과 계면의 구성원소나

화학적 결함상태를

측정하는 분광법충 하나입니다.

금속, 촉매, 반도체, 세라믹, 박막 등

다양한 분야에 이용되고 있습니다. 

 

X-선 광전자 분광기 (X-ray Photoelectron Spectroscopy ; 이하 XPS)는

스웨덴 Uppsals대학교의 Siegbahn에 의해 붙여진

에스카 (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis ; ESCA)라는

명칭으로 잘 알려져 있습니다.

 

물질의 표면부터 1 nm ~ 10 nm 정도 깊이에서

X-ray에 의해 산란되는

입자의 운동 에너지 혹은 물질 밖으로

튀어나온 전자의 개수를 측정하기 때문에

주변 환경에 방해받지 않고

원하는 입자를 감지하기 위해서는

초 고진공 상태를 필요로 합니다.

XPS의 기본원리는 광전효과를 바탕으로 합니다.

 

광전자 방출 현상 개략도

 

초고진공 상태에서

X-선을 시료에 조사하면

시료 표면 총원자로 부터

강하게 결합되어 있는 내각 준위 (Core Level) 또는

약하게 결합되어 있는 외각 준위 (Valence Level)

전자가 방출 되는데

이때 방출되는 전자를 광전자라고 합니다. 

 

광전자가 방출되기 위해서는

전자의 결합에너지 (Binding Energy) 및

일함수 (Work Function)를

뛰어넘을 수 있는 운동에너지가 필요합니다.

 

즉. 광전자들의 운동에너지를 측정하면

광전자를 시료로부터 방출하기 위해서

필요한 에너지인 결합에너지를 알 수 있습니다.

 

XPS를 이용해 측정된 결합에너지는

원소의 고유한 에너지이므로,

시료의 원소를 분석 할 수 있으며,

결합에너지는 화학적 결합상태에 따라 변하기 때문에

화학적 결합 상태를 알 수 있습니다.

 

참고문헌 : https://pdfs.semanticscholar.org/02e3/2752330a60892f7655137eacf01570829d72.pdf

 

위 그래프는 XPS측정시 얻어진 결과물의 예시입니다.

그 결과물을 가지고 시료를 분석하게 됩니다