Die XPS Analyse oder auch Röntgen Photoelektronen Spektroskopie erklärt

Bei einer Röntgen-Photoelektronen Spektroskopie kurz XPS Analyse genannt, handelt es sich um ein mehrfach bewährtes Analyseverfahren. Welches die chemische Zusammensetzung von Festkörperoberflächen, ohne dabei eine Beschädigung zu hinterlassen, analysiert.

In diesem Verfahren können sie auf eine ganze Hand von verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten zurückgreifen. Auf einige davon möchten wir in diesem Beitrag näher eingehen.

Die Quantitative Elementzusammensetzung von Oberflächen

Außer den beiden Elementen Wasserstoff und Helium lassen sich mit der Photoelektronen Spektroskopie (XPS) alle Elemente der zu probenden Oberfläche mittels einer Laboranalyse quantitativ sowie qualitativ untersuchen.

Eine solche Analyse kann auf Oberflächen wie Halbleitern, Keramik, Kunststoff, Metall, Polymeren, Oxiden oder Glas durchgeführt werden. Aber auch auf nahezu jeden anderen Vakuum stabilen Material.

Beispielsweise lassen sich Analysen zu Rückständen nach Reinigungsprozessen durchführen. Ein Nachweis bestimmter Katalysatorgifte lässt sich an der Katalysatoroberfläche erkennen.

Ebenfalls lassen sich mittels der XPS Analyse Korrosionsprobleme klären. Hier erfolgt eine Untersuchung auf korrosionsauslösenden Elementen auf der Oberfläche.

Mit XPS eine Oberflächenanalyse auf Oxidations- und Bindungszustände

Funktionelle Gruppen auf Oberflächen lassen sich mithilfe einer Elementanalyse im Labor auf Oxidationszustände untersuchen. Quantitative Materialanalysen einer chemischen Zusammensetzung auf den obersten Schichten des Werkstückes lassen sich ebenfalls durchführen.

Auch Oxidation von Kupferoberflächen können mit der XPS Analyse ausfindig gemacht werden. Eine XPS Messung auf der Oxidschicht des Kupfers ist dazu qualitativ und quantitativ genau zu analysieren.

Des Weiteren lassen sich Analysen von vorher behandelten Polymeroberflächen erstellen. Beispielsweise kann eine vorbehandelte Kunststoffoberfläche, welche im letzten Schritt bedruckt oder beklebt wird, ihre Haftungseigenschaften somit verbessern.

Das sind lediglich zwei Beispiele des Anwendungsbereiches einer XPS Analyse.

XPS Analysen um kleine Fehler ausfindig zu machen

Oftmals kann es passieren, dass Fehler auf bestimmten Bauteiloberflächen relativ klein sind. In solch einem Fall kommen spezielle Small Spot XPS Analysen zum Einsatz.

Damit solche Defekte entdeckt werden, erfolgt eine lokal begrenzte Analyse mit einigen 10 Mikrometern Durchmesser. Diese werden getrennt von der anderen Umgebung zu untersucht.

In einem solchen Verfahren kann bei Bedarf eine Linienanalyse durchgeführt werden, oder es erfolgen Elementverteilungsbilder.

Die einzelnen Schichten der XPS Analyse

Die Photoelektronen Spektroskopie dient einer genauen Untersuchung des Schichtaufbaus von Oberflächen oder Beschichtungen. Dabei lassen sich dünne Schichten bis etwa zehn Nanometer, aber auch dickere Schichtsysteme problemlos untersuchen.

Wie läuft die Röntgen-Photoelektronen Spektroskopie Analyse ab?

In diesem Röntgen-Photoelektronen Spektroskopie (XPS) Verfahren, welches auch unter dem Namen Electron Spectroscopy for Chemical Analysis bekannt ist. Steht die zu untersuchende Oberfläche mittels Röntgen unter Bestrahlung.

Dieser Prozess setzt sogenannte Photoelektronen frei, die daraus resultierende Energie gibt Ausschluss über die emittierenden Atome und dessen Oxidationszustand.

Bei diesen Analyseverfahren handelt es sich um eine überaus Oberflächen empfindliche Methode. Denn die Photoelektronen haben nur wenige Atomlagen, welche die Probenoberfläche durchdringen.

Die erreichte Informationstiefe liegt bei fünf bis zehn Nanometer. Je nach Element liegt die Nachweisgrenze einer Untersuchung üblicherweise zwischen 0,1 und 1 Atom Prozent.