A espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS), também conhecida como espectroscopia de elétrons para análise química (ESCA), é uma técnica sensível à superfície que mede a composição elementar e o estado químico dos primeiros 1–10 nm de um material. É amplamente utilizada em ciência dos materiais, catálise, caracterização de semicondutores e pesquisa de corrosão.
O XPS baseia-se no efeito fotoelétrico. Uma amostra é irradiada com raios X monocromáticos, tipicamente Al Kα (1486,6 eV) ou Mg Kα (1253,6 eV), fazendo com que elétrons de níveis internos sejam ejetados. A energia cinética dos fotoelétrons emitidos é medida, e a energia de ligação é calculada como EB = hν - EK - φ, onde hν é a energia do fóton, EK é a energia cinética medida e φ é a função trabalho do espectrômetro.
Cada elemento possui um conjunto característico de energias de ligação, permitindo a identificação qualitativa. O ambiente químico de um átomo desloca sua energia de ligação em até vários eV, fornecendo informações sobre o estado de oxidação e a ligação química. Por exemplo, o pico C 1s aparece em 284,8 eV para ligações C-C, 286,4 eV para ligações C-O e 288,8 eV para ligações O-C=O. A análise quantitativa usa áreas de pico relativas corrigidas por fatores de sensibilidade para determinar concentrações atômicas.
O XPS sonda apenas os 10 nm mais externos porque fotoelétrons de camadas mais profundas perdem energia por espalhamento inelástico. A profundidade de análise depende do caminho livre médio inelástico dos fotoelétrons, que varia com a energia cinética e o material. O XPS com resolução angular varia o ângulo de detecção para fornecer perfilagem de profundidade não destrutiva.
Espectros de varredura (0–1200 eV) identificam todos os elementos presentes, exceto hidrogênio e hélio. Espectros de alta resolução de picos individuais fornecem informações sobre o estado químico. O XPS pode detectar todos os elementos com número atômico acima de 3 em limites de detecção de aproximadamente 0,1 por cento atômico. A perfilagem de profundidade usando pulverização com íons de argônio revela a composição em função da profundidade.
As aplicações incluem caracterização de contaminação superficial, verificação de funcionalização de superfície, análise de composição de filmes finos e análise de falhas de dispositivos eletrônicos.
