[반도체] X-ray Photoelectron Spectroscopy(XPS)

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목차: Introduction
Instumentation
Fundamentals
Practice and Analytical Application
References

본문내용: XPS의 장점
① 스펙트럼이 비교적 단순 → ∴ 스펙트럼선 방해가 적다.
② 비파괴 분석법
③ 거의 볼 수 없을 정도의 작은 반점에서 큰 물질까지의 시료를 분석 가능
④ 실험과정이 빠르고, 편리함

XPS의 단점
① 여러 분광법 만큼의 감도를 가지지 못함
  → 가장 적당한 조건에서, 수 ppm 이하까지의 농도를 측정 가능
   → but, 보통의 농도 범위: 약 0.01∼100%
② 가벼운 원소를 측정할 때는 불편함
→ 검출하고 측정할 때 원자번호가 23(바나듐)이하가 되면서 점점 더 나빠짐
  → ∵ 경쟁과정(Auger 방출)이 형광세기를 감소시키기 때문
  → 최신의 시판용 기기는 원자번호 5(붕소) 또는 6(탄소)에 제한
③ 기기의 가격이 비쌈

Fundamental Processes

Primary Processes:
A. Photoionization
A + h  A+* + e- (discrete energy - ESCA)
E (kinetic) = E (photon) - E (binding)

Secondary Processes:
C. Photon emission
A+*  A+ + h’ (x-ray)
D. Auger Electron Emission
A+*  A++ + e- (discrete energy - Auger)

Ebinding = Ephoton - Ekinetic - Φ

결속 에너지 Eb
Ek = h n - Eb - e fsp
Eb = h n - Ek - e fsp

Ek : 분광계(spectrometer)에서 측정되는 광전자의 운동 에너지
h n : 광자의 에너지
Eb : 광전자를 방출하는 궤도함수의 분광계 Fermi 준위에 대한 결속 에너지
e : 전자의 전하;
e fsp : 분광계의 일함수 (work function);
Ebv: 광전자를 방출하는 궤도함수의 진공 준위(vacuum level)에 대한 결속 에너지
e fs : 시료의 일함수 (금속의 경우)

Multi-line structure

스펙트럼 상의 어떤 주봉우리 주변에 나타나는 봉우리들을 말한다. 시료 외적인 것(주로 X선 발생기에 의한 것)과 시료 자체의 성질에 의한 것으로 구분된다. 단색화 장치를 거치지 않은 X선에 위성 X선(Ka', Ka3, Ka4, ···등)들이 포함되어 있으므로 이들에 의한 광전자 봉우리가 스펙트럼 상에 나타나게 된다. 이 위성 봉우리들은 스펙트럼 해석에 어려움을 가져오기 때문에 이를 해결하기 위해서는 결정 단색화 장치가 흔히 이용된다.

참고문헌: 김영만, Analytical science and technology, vol.5 No.2, 1992
김윤수, X-선 광전자 분광법과 Auger 전자 분광법
http://www.lasurface.com/xps/index.php
이종명, 이종명의 반도체 기술 핸드북, 한림원, 2004
Anna Maria Venezia, Catalysis Today 77, P359–370, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) for catalysts characterization, 2003
http://www.uksaf.org/tech/xps.html
http://en.wikipedia.org/wiki/X-ray_photoelectron_spectroscopy

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