硬X線光電子分光分析装置(HAXPES)

概要

硬X線光電子分光法(HAXPES)は、高エネルギーのX線を用いた表面分析法です。従来のX線光電子分光法(XPS)よりも深い表層領域の元素分析や非破壊での界面化学結合状態解析が可能です。

  • 装置外観 アルバック・ファイ PHI Quantes
    装置外観 アルバック・ファイ PHI Quantes

当社の装置はCr Kα線源(5.4keV)を搭載しており、深さ数十nmまで測定が可能です。不働態被膜をはじめ、触媒表面・界面、リチウムイオン電池電極材料の化学結合状態評価、価電子帯の解析等に用いられます。

また、Al Kα線源(1.5keV)も搭載しているため、Cr/Al線源同点分析により異なる深さの化学結合状態解析や、角度分解測定、イオンビームスパッタリングによる深さ方向分析が可能です。

適用分野

X線光電子分光法は金属、半導体、無機、有機、高分子などの表面分析に利用できます。

  • 電池材料
    活物質表面の劣化、遷移金属の価数(酸化の進み具合)や、表面の2次的な反応生成物がわかります。
  • 透明導電薄膜
    非晶質酸化物半導体層の平均価数を評価することができます。
  • 触媒表面
    触媒粒子の表層が酸化・硫化することで触媒作用効率が低下します。この酸化・硫化状態を確認できます。
  • 金属セパレータ
    耐食性と導電性を兼ね備えた表面処理が必須で、窒化によってこの性能を満たしますが、単なる元素分析では無く、ケミカルシフトを測定して均質な窒化の指標とします。

硬X線光電子分光法(HAXPES)とは

原理

分析原理はXPSと同じです。特定のエネルギーを有したX線(hγ)を物質表面に照射し、そこから放出された光電子の運動エネルギー(EKIN)を測定し、その電子が原子に束縛されていた結合エネルギー(EB)を求めます。

この結合エネルギー値は原子固有であり、さらに原子の結合状態によりわずかに変動します(ケミカルシフト)。また光電子の強度はその原子の濃度と比例しているため、元素の同定、結合状態の推定、構成元素の比率を算出することも可能です。

HAXPESでは、高エネルギーX線を使用するため、より深い領域まで分析が可能です。また、原子レベルでは、1s軌道等、強く束縛されている電子も分析する事が可能です。


  • 装置構成図
    (アルバック・ファイ社ホームページより)


  • XPSとHAXPESの違い

装置仕様例

  • メーカー 型式
    PHI Quantes
  • X線源
    Al Kα線源、ビーム径7.5μmφ
    Cr Kα線源、ビーム径14μmφ
    (Quantesの場合.Al線源との同点照射可能)
  • ビーム径
    100μm~1mm程度
  • スパッタガン
    Ar+、Ar-GCIB
  • 真空度
    ~10-8 Pa
  • その他
    トランファーベッセルおよびグローブボックスを使った大気非暴露での試料導入可能
  • 試料サイズ
    最大70×70×厚み18mm
    トランスファーベッセル用 最大50mmΦ

分析メニュー

  • 定性分析
    Li以降の全元素に対して、検出された元素種と組成比算出が可能。
    検出限界は、0.1~1原子%.
  • 状態分析
    元素の化学結合状態を評価可能。
  • 深さ方向分析
    イオンスパッタリングとの併用で、深さ方向分析が可能。
  • 角度分解分析
    検出角度を変えることで非破壊の深さ方向分析が可能。
  • マッピング分析
    元素および化学結合状態別の元素分布が測定可能。

事例1;硬X線の利用で内殻準位の励起ができる

  • 対象試料;Al板材
    硬X線の励起によって、XPSに比して内殻電子まで励起できます。下記事例では、HAXPESでのみAl1sピークが検出され、化学状態解析、ピークの重畳回避等に活用されます。

事例2;分析深さがXPSよりも深い

  • 対象試料;Ti板材
    XPSに比して分析深さが深いため、最表層の下層(皮膜内部や界面、基板など)までエッチング無しで化学状態解析が可能になります。

事例3;二種の励起X線(硬X線と軟X線)を自由に選択

  • 対象試料;NiO粉末
    XPSとHAXPESの検出深さの違いを用い、XPSによる最表面の情報を分離して評価。
  • 531.5 eV付近の肩ピークはXPSでのみ検出される。これにより、最表層にのみ水酸基が存在することがわかる。

注意点

  • 超高真空下で分析を行う為、固体サンプルが対象です。
  • 二次汚染回避のために、アルミホイルの裏で包んでのご送付を推奨しています。
  • 粉末はスパチュラ3杯以上をご用意ください。
  • 多孔質体等、脱ガスのあるサンプルの場合、サンプルサイズは小さくする必要があります。(ご相談可能)。
お気軽にお問合せください