XPS 成像和面分布

成像和面分布

XPS 不但能用于识别表面的点或微小特征区，还能用于样品表面成像。 这对了解表面的化学状态分布很有帮助，可用于发现污染的限值，甚至可用于检测超薄膜涂层的厚度变化情况。 获取 XPS 图有两种方式：串行成像（串行采集）和并行成像（并行采集）。 本节将介绍这两种方法的工作原理及各自的优点。

串行成像（串行采集）

串行采集图像基于二维、长方形阵列小面积 XPS 分析。 这种方式可测量元素及化学态的分布。 图像的极限空间分辨取决于最小分析区域的尺寸，Thermo Scientific XPS 仪器的分析区域约为 15 μm。 串行采集方式一般比并行采集方式慢，但是串行采集方式能采集每一个像素点上一个能量范围内的数据，而平行并行采集方式只能采集一个能量点上的数据。

结合使用电子多通道倍增器，串行采集图像可得到每个像素点的"快照"谱。Thermo Scientific K-Alpha 和 Theta Probe 仪器能扫描样品台采集图像。这种方法的分析位置固定不变，样品表面相对于此位置移动。

串行成像的优势：

• 整个图像上 X 射线束斑的功率保持不变
• 图像分辨与图像上的位置无关
• 透镜的传输函数与图像上的位置无关
• 图像视野的尺寸仅与样品台的移动范围有关

并行成像

使用 Thermo Scientific ESCALAB Xi+ XPS 仪器并行采集光电图像的必需组件。

使用 Thermo Scientific ESCALAB Xi⁺ 仪器，能轻松实现并行采集光电子图像。 这种方法无需在能谱仪的任何组件上加扫描电压，可同时获得整个视野区域的图像。 对于并行采集，必需另外配置一套能安装二维探测器的透镜组。 光电子在传输透镜组中通过透镜 1 和透镜 2，在镜筒内每一组透镜后的像平面上产生样品表面的光电子图像。 透镜 3 焦长等于该透镜到透镜 2 像平面的距离。 因此，从像平面上每个点发射的电子均以平行光路离开透镜 3。 电子束和透镜光轴之间的夹角取决于像平面上电子离透镜光轴的距离。 然后电子进入能量分析器，能量分析器既是能量过虑器也是透镜。 如果分析的偏转角为 180°，那么电子束离开分析器时的角度分布保持不变。 与透镜 3 的工作方式相反，透镜 4 将在位于其焦平面的二维探测器上还原出图像。 成像的电子已经通过能量分析器，通过将能量分析调谐到光电子峰上，得到化学图像。

使用 Thermo Scientific ESCALAB Xi+ XPS 仪器并行采集光电图像的必需组件。

并行成像的空间分辨率取决于透镜的球差。 限制透镜的接受角可减少球差影响，通过牺牲灵敏度来提高分辨。 在样品区域内采用磁浸没透镜也可减少球差，在给定分辨下，获得较高的灵敏度。 这种成像方法快速，且能获得理想成像分辨率。

并行成像可提供理想分辨率，并且在单一能量上采集图像比串行快。 通过跨越所要分析的峰，以不同的能量采集一系列图像，可从此图像中进行能谱分析，有效地从图像中每一个像素点中得到扫描 XPS 信息。