Глава 9. РЕНТГЕНОВСКАЯ ФОТОЭЛЕКТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ (XPS)
9.1. Введение
В этой главе основное внимание уделено электронной структуре. Преобладающим взаимодействием фотонов, имеющих энергии до 10 кэВ, с атомными электронами является процесс поглощения (гл. 8). Фотоэлектронный процесс является прямым свидетельством взаимодействия фотона с атомом и служит основой одного из главных инструментов исследования материалов — фотоэлектронной спектроскопии. Существуют две разновидности метода: ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия UPS (от англ. Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy), когда на исследуемый образец падает ультрафиолетовое излучение, и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия XPS (от англ. X-ray Photoelectron Spectroscopy), когда используется рентгеновское излучение. Используется также термин: «электронная спектроскопия для химического анализа» ESCA (от англ. Electron Spectroscopy for Chemical Analysis), в котором упор сделан на исследование химических связей.
Энергетический спектр электромагнитного излучения наряду с общепринятыми обозначениями показан на рис. 9.1. Диапазон энергий фотонов, используемый в материаловедении, простирается от ультрафиолета (УФ) до рентгеновского излучения. Практически энергетический диапазон простирается от 10 эВ, что близко к энергии связи электрона в атоме водорода (13,6 эВ), до энергий около 0,1 МэВ. При этих энергиях фотоны могут, проникая в твердое тело, взаимодействовать с электронами внутренних оболочек. Фотоны низких энергий используются для исследования спектров излучения в видимой области, связанного с далеко расположенными, более слабо связанными электронами. Эти внешние электроны участвуют в образовании химических связей, поэтому они не связаны с отдельными атомами и, следовательно, непригодны для элементного анализа. Спектроскопические методы с применением фотонного возбуждения получили большое развитие благодаря появлению синхротронов, которые являются мощными источниками фотонов в широком диапазоне энергий, используемых в материаловедении. Большинство лабораторных источников дают рентгеновское излучение в диапазоне 1—10 кэВ, который в основном и обсуждается в этой главе.
Рис. 9.1. Электромагнитный спектр с указанием областей энергий, используемых в фотоэлектронной спектроскопви. Ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия соответствует налетающим фотонам с энергией в УФ-области; рентгеновская электронная спектроскопия соответствует рентгеновской области энергий падающих фотонов.
