XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy)

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XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy)
XPS는 1KeV 정도의 soft X-ray를 시료에 쪼여 photoemission process를 거쳐서 나오는 전자를 검출하여 시료의 화학분석을 위한 장치이다.
기본적인 원리는 다음과 같다. 어떠한 광원에서 나온 빛이 시료를 거치면 다음과 같은 photoemission process를 거치게 된다.
:hν=Ek+EB-φ (ν: frequency, Ek: kinetic energy, EB: binding energy, φ: workfunction)

실험자가 쪼여준 광원의 에너지를 알고, 그 시료의 workfunction을 안다면, 검출된 전자의 에너지를 알아내서 시료의 특정물질의 binding energy를 알 수 있다. 모든 물질은 각각의 obital에 적용되는 고유한 electron state가 존재하고, 그 state는 특정한 binding energy에서만 검출된다. 즉, XPS를 사용하여 시료의 binding energy spectrum을 얻으면, 시료가 어떤 물질로 되어 있는지 알 수 있다.

X-ray를 시료에 쪼여 방출되는 secondary electron (이차전자) 를 전자분석기를 통해서 전자증폭기로 증폭된 신호를 분석한다.
아래 그림은 XPS장치 사진과 장치를 통해 얻어진 Si(100) 2p XPS data와 fitting 결과이다
XPS는 x-ray photoelectron spectroscopy를 말하는 것으로 분석하고자 하는 시료에 x선을 조사하면 그 시료의 각각의 구성 원자들이 들어온 x-선을 흡수하여 전자를 방출하게 됩니다. 이때, 튀어 나온 전자를 검출기를 통하여 검출하면 들어간 에너지에서 전자의 결합에너지 (core-level에 있는)를 뺀 나머지의 운동에너지를 가지고 튀어나오게 됩니다. 즉, 운동에너지를 검출함으로써 그 전자의 결합에너지를 얻을 수 있고, 이 결합에너지는 원소마다 특정값을 가지고 있으므로 그 시료의 구성성분을 알 수 있습니다.

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