X 線光電子分光 - SLit-J

X 線光電子分光
X-ray Photon Spectroscopy (XPS)
●物質表面に含まれる元素の定性、定量分析および化学状態の分析
●水素、ヘリウムを除くすべての元素を分析対象とすることができる
●エッチング装置と併用することで深さ方向の元素分布イメージングが可能
測定原理物質表面に X 線を入射すると、光電効
果によって表面から外部に光電子が放出される。
光電子は、元素に固有の電子軌道エネルギーを持
ち、さらにそのエネルギー値は元素の化学状態の
違いにより若干の違いを生じるため、放出される
光電子の数およびエネルギー値を測定すること
により、物質表面に含まれる元素の定性、定量分
析および化学状態の分析を行なうことができる。
得られる情報放出される光電子のエネルギ
ースペクトルのピーク位置から定性分析(元素
図 1. 角度分解光電子分光装置 (KEK, BL-28A)*1
の特定)、ピークの積分値から定量分析が可能で
ある。ピークシフトから外殻電子の状態(価数、化学結合)に関する情報が得られる。これらの情
報は、物質表面から数 [nm] 程度の深さに渡って得られる。
特徴水素、ヘリウムを除くすべての元素を分析対象とすることができる。化学状態に関する情
報を得ることができる。得られる情報は資料の極表面（数 nm 程度）であるが、エッチング装置
と併用することで深さ方向分析が可能。
応用例 GaN 系半導体の電子状態の ARPES (角度分解光電子分光)による評価 (KEK) : ハライ
ド気相成長法にて形成した GaN バルク結晶試料の劈開断面おける電子エネルギー帯分散構造
の観察に成功
http://pfwww.kek.jp/innovationPF/10_PUBLICATION_ARCHIVES/2014FY_USER_REPORT/2014I010.pdf
図 2. X 線の照射による光電子の放出*2
図 3. (a)ステンレス腐食細孔の(b)XPS スペクトルによる元素分析*3
東北放射光施設における展開高輝度の軟 X 線を使用することにより、試料表面近傍の軽元
素に関する情報を短時間で効率よく調査することが可能である。マイクロビームの利用による、
マッピング時の位置分解向上が期待できる。
既存ビームラインとの基本スペック比較
XPS (軟X線)
SPring-8
SLiT-J
BL-06
BL15XU
BL46XU
アンジュレータ
アンジュレータ
アンジュレータ
エネルギー範囲[keV]
3～30
2.2～10
6～35
エネルギー分解能 ΔE/E
～10-4
～10-4
～10-4
光源
ビームサイズ [μm]
<0.1
30
500～500
光子数(集光位置) [photons/sec]
～1010
～1012
～1013
XPS (軟X線)
SPring-8
SLiT-J
KEK (PF ring)
BL-02
BL17SU/Ac
BL25SU/A
BL-7A
BL-13A
光源
アンジュレータ
アンジュレータ
アンジュレータ
偏向電磁石
アンジュレータ
エネルギー範囲[keV]
0.1～3
0.3～1.8
0.12～2.0
0.05～1.3
0.03～1.6
エネルギー分解能 ΔE/E
～10-4
～10-4
～10-4
10-2～10-3
10-3～10-4
ビームサイズ [μm]
～1
100×100
0.1～数100
300×3000
630×120
光子数(集光位置) [photons/sec]
～1013
～1011
～1011
～1011
108～1012
*1 : https://www.kek.jp/ja/Facility/IMSS/PF/PFRing/XPS/
*2 : http://www.nanoanalysis.co.jp/business/device_11.html
*3 : https://www.nsst.nssmc.com/research_support/pdfdata/buturi_xps_example.pdf

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