La espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS), también conocida como espectroscopia electrónica para análisis químico (ESCA), es una técnica sensible a la superficie que mide la composición elemental y el estado químico de los primeros 1-10 nm de un material. Se utiliza ampliamente en ciencia de materiales, catálisis, caracterización de semiconductores e investigación de corrosión.
XPS se basa en el efecto fotoeléctrico. Una muestra se irradia con rayos X monocromáticos, típicamente Al Kα (1486.6 eV) o Mg Kα (1253.6 eV), provocando la expulsión de electrones de nivel interno. Se mide la energía cinética de los fotoelectrones emitidos y la energía de enlace se calcula como EB = hν - EK - φ, donde hν es la energía del fotón, EK es la energía cinética medida y φ es la función de trabajo del espectrómetro.
Cada elemento tiene un conjunto característico de energías de enlace, lo que permite la identificación cualitativa. El entorno químico de un átomo desplaza su energía de enlace hasta varios eV, proporcionando información sobre el estado de oxidación y el enlace químico. Por ejemplo, el pico C 1s aparece a 284.8 eV para enlaces C-C, 286.4 eV para enlaces C-O y 288.8 eV para enlaces O-C=O. El análisis cuantitativo utiliza áreas de pico relativas corregidas por factores de sensibilidad para determinar concentraciones atómicas.
XPS solo sondea los 10 nm más externos porque los fotoelectrones de capas más profundas pierden energía mediante dispersión inelástica. La profundidad de análisis depende del camino libre medio inelástico de los fotoelectrones, que varía con la energía cinética y el material. La XPS de resolución angular varía el ángulo de detección para proporcionar perfilado de profundidad no destructivo.
Los espectros de exploración (0-1200 eV) identifican todos los elementos presentes excepto hidrógeno y helio. Los espectros de alta resolución de picos individuales proporcionan información del estado químico. XPS puede detectar todos los elementos con número atómico superior a 3 con límites de detección de aproximadamente 0.1 por ciento atómico. El perfilado de profundidad mediante pulverización catódica con iones de argón revela la composición en función de la profundidad.
Las aplicaciones incluyen la caracterización de contaminación superficial, verificación de funcionalización superficial, análisis de composición de películas delgadas y análisis de fallos de dispositivos electrónicos.
