EspectroscopÃa de electrones fotoemitidos (X-ray ... - CNyN - UNAM

PRIMERA SEMANA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y CULTURA 

CICATA-ALTAMIRA 

Espectroscopía de electrones 

fotoemitidos 

(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 

Dr. Wencel De La Cruz H. 

Centro de Nanociencias y Nanotecnología 

Universidad Nacional Autónoma de México 

Ensenada, B.C. 

Sección 1 

Introducción 

Aspectos básicos 

División spin-orbita 

Análisis cualitativo 

Electrones Auger inducidos por los rayos-X 

Profundidad de información 

Análisis cuantitativo por XPS 

Error en la medición 

Asimetría de los fotoelectrones 

Wencel De La Cruz 

Centro de Nanociencias y Nanotecnología de la UNAM. 

Pag. 1



Introducción 

Efecto fotoeléctrico 

Descubierto por Hertz (1887) 

y explicado por Einsten en 1905 (premio Nóbel en 1921). 

Fotón de 

rayos-X 

Átomo de oxígeno 

El desarrollo del XPS como un método 

sofisticado de análisis es el resultado del 

trabajo meticuloso del sueco Kai 

Siegbahn y sus colegas (1957-1967). 

Kai Siegbahn premio Nóbel en 1981 

Electrón fotoemitido O 1s 

XPS 

ESCA 

UPS 

PES 

X-ray Photoelectron Spectroscopy 

Electron Spectroscopy for Chemical Analysis 

Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy 

Photoemission electron Spectroscopy 

Fuente de rayos-X 

Electrones fotoemitidos 



Pag. 2



Aspectos básicos 

Energía 

cinética 

Fotón 

Electrón fotoemitido 

K.E. = hν –B.E. -φ 

Espectro XPS: 

Intensidad de los 

electrones fotoemitidos 

Vs. K.E. o B.E. 

Energía de 

enlace 

Identificación elemental y estados 

químicos del elemento. 

Composición relativa de los 

constituyentes de la superficie. 

Estructura de la banda de valencia 

Ilustración del proceso de fotoemisión para el Ni 3p donde los átomos de O 2p 

son absorbidos por el metal. 



Pag. 3



Referencia para la energía de enlace 

Nivel de vacío 

Nivel de vacío 

Nivel de Fermi 

Mismo nivel 

Nivel de Fermi 

Espectrómetro 

Muestra 

Instrumentación 

• Analizador de energía del electrón. 

• Fuente de rayos-X. 

• Neutralizadora. 

• Sistema de vacío. 

• Controles electrónicos. 

• Cañón de iones de Ar. 

Sistema de Ultra Alto Vacío (



Background: 

Fotoelectrón con 

pérdida de energía 

Pico: 

Fotoelectrón 

sin pérdida de 

energía 



Pag. 5



División Spin-Órbita 

Notación de los picos: 

Acoplamiento L-S ( j=l+s ) 

Área ~ 2j+1 

Los valores de separación de un doblete 

(producido por la interacción Spin-Órbita) 

de un nivel interno de un elemento en 

diferentes compuestos son casi los 

mismos. 

El cociente de las áreas de los picos en un 

doblete de un nivel interno de un elemento 

en diferentes compuestos son también los 

mismos. 

El valor de separación de los dobletes y el 

cociente de las áreas son de gran ayuda 

para la identificación de elementos. 



Pag. 6



Análisis Cualitativo 



Pag. 7



Electrones Auger inducidos por los rayos-x 

Estado base 

Transición a un estado 

excitado 

Estado final 

La K.E. es independiente de la energía de los rayos-X. 

Profundidad de información en XPS 

Camino Libre Medio Inelástico (IMFP o λ): 

Es la distancia promedio que un electrón con una energía dada viaja 

entre dos colisiones inelásticas sucesivas. 

Intensidad de electrones (Io) emitida a una profundidad d por debajo de 

una superficie es atenuada acorde a la ley de Beer Lambert. Así, la 

intensidad de esos electrones que alcanzan la superficie (Is) está dada por: 

Para una longitud de 

camino de un λ, la 

intensidad de la señal ha 

caído un 63% 



Pag. 8



Profundidad de información en XPS 

• La profundidad de información es definida como la profundidad 

a la cual el 95% de todos los fotoelectrones son dispersados al 

momento de alcanzar la superficie (3λ). 

• La mayoría de los λ están entre 1 y 4 nm (usando fuente de Al 

Kα). 

• Así, la profundidad de información (3λ) será aproximadamente 

de 3 - 12 nm, bajo las condiciones mencionadas anteriormente. 

No es correcto hablar de una curva “Universal” para los IMFP, ya 

que es función de cada material. 

λ depende de: 

• La energía cinética del electrón. 

• De un material en específico. 



Pag. 9



β = −0.1+ 

− 

γ = 0.191ρ 

Camino Libre Medio Inelástico (IMFP o λ IMFP ) 

0.944 

2 

( E + E ) 

0.50 

C = 1.97 − 0.91U 

D = 53.4 − 20.8U 

2 

NV 

ρ E 

p 

U = = 

M 829.4 

p 

g 

1 

2 

λ 

IMFP 

+ 0.069ρ 

TPP2M 

E 

= 

2 ⎡ C D ⎤ 

E 

p ⎢β ln( γE) 

− + 

2 

⎣ E E ⎥ 

⎦ 

0.1 

( Å) 

donde: 

E : Energía del electrón (eV) 

E g 

: Ancho de energía prohibida (eV) 

E p 

: Energía del plasmón (eV.) 

ρ: Densidad (g/cm -3 ) 

N V 

: Número de electrones de Valencia 

M: Peso atómico 

Análisis Cuantitativo por XPS: I 

Algunos análisis cuantitativos por XPS tienen una exactitud de ± 10% 

donde: I i 

= intensidad de un pico “p” de fotoemisión para un elemento “i”. 

N i 

= Concentración atómica promedio de un elemento “i” en la 

superficie bajo análisis. 

σ i 

= Sección eficaz de fotoionización (Factor de Scofield). 

λ i 

= Camino libre medio inelástico de los electrones del pico “p”. 

K = Todos los factores relacionados a la detección de la señal (asumidos 

constante durante un experimento). 



Pag. 10



¿Cómo medir la intensidad de un pico de fotoemisión? 

Intensidad 

Intensidad 

Intensidad 

Intensidad 

Altura del pico 

Energía cinética 

Área del pico 






La peor!! 

La Mejor!! 

• Error del 15% usando los 

ASF. 

• El uso de mediciones de 

muestras patrón (o la 

ecuación descrita 

anteriormente) el error es 

aproximadamente del 5%. 

• En ambos casos la 

reproducibilidad es de 98% 

(Apro.) 

Debe incluir correcciones de pérdida 

debida a plasmones y otros picos 



Pag. 11



Función Respuesta de un Analizador 

La función respuesta es la eficiencia de detección en un analizador de 

electrones, la cual es función de la energía del electrón. La función 

respuesta también depende de parámetros del analizador de electrones, tal 

como la resolución del analizador. 



Pag. 12



Análisis cuantitativo: II 

Sección eficaz de fotoionización (σ i ) ha sido calculado 

teóricamente para todos los elementos y para las fuentes de Al 

Kα y Mg Kα. 

Camino libre medio inelástico (λ i ) varía con la energía cinética 

del fotoelectrón y puede ser estimado de la fórmula TPP-2M. 

Para una superficie compuesta por varios elementos i, j y k, la 

concentración relativa se puede obtener de: 

Ni 

N + N 

i 

j 

+ N 

k 

Ii 

σ 

iλiKi 

= 

I I 

i 

j 

+ 

σ λ K σ λ K 

i 

i 

i 

j 

j 

j 

I 

k 

+ 

σ λ K 

k 

k 

k 

Ejemplos de cuantificación: I 

Tabla I: Óxidos superficiales: cuantificación obtenida a partir de la correspondiente 

intensidad del pico. 

Cociente atómico Oxígeno/metal 



Pag. 13



Ejemplos de cuantificación: II 

Tabla II: Comparación de las concentraciones obtenidas por XPS y EPMA 

(SEM+EDS) para algunos minerales. 

Sección eficaz de fotoionización (σ i ) de Scofield 



Pag. 14



Error en la cuantificación 

I i = El error principal que se comete durante la medición de 

la intensidad es debida a la mala substracción del 

background. 

σ i = Valores calculados teóricamente (se desconoce su 

magnitud). 

λ i = el error estimado puede ser de hasta un 50%. 

Asimetría de las picos de emisión 

La probabilidad de que un fotoelectrón salga en la dirección en la que se 

encuentra el analizador de electrones, requiere de la definición del término 

anisotrópico L, la cual está dada por la siguiente expresión (fuente no 

monocromática). 

L 

3 

⎜ 

⎝ 2 

⎛ ⎞ 

( γ ) = 1+ 

0.5β 

sen 2 

γ −1⎟ ⎠ 

β es una constante para cada nivel de energía. 

γ es el ángulo entre la fuente de rayos x y el analizador. 

La ecuación anterior implica la existencia de un ángulo mágico de 54.7 

grados, para el cual L es igual a 1 

I ≈ I 

0σλMED 

( E) 

T ( E) 

ρ 

a 

L( 

γ ) 



Pag. 15



Sección 2 

Corrimientos químicos en XPS 

Estados inicial y final 

Anchos de línea y resolución 


Efectos químicos en XPS 

Corrimiento químico: Cambio en la energía de enlace de un electrón del 

core debido a un cambio en los enlaces de ese elemento. 

Cualitativamente hablando, la energía de enlace del core está determinada 

por la interacción electrostática entre él y el núcleo y reducida por: 

• Apantallamiento electrostático de la carga nuclear debido a todos los 

otros electrones (incluyendo a los electrones de valencia). 

• Remoción o adición de carga electrónica como un resultado de los 

cambios se alterara el apantallamiento. 

Remoción de la carga electrónica de valencia 

Aumento de la carga electrónica de valencia 

Incremento de B.E. 

disminución de B.E. 



Pag. 16



Corrimientos químicos: óxido vs. metal 

Energía de enlace es menor 

debido al incremento del 

apantallamiento de los núcleos 

por los electrones 2s. 

2p 6 

Energía de enlace es mayor 

debido a que los electrones 2s 

del Li son cedidos al oxígeno. 

Espectro XPS 

Usualmente los corrimientos químicos son pensados como un 

efecto del estado inicial (i.e. el proceso de relajación son 

similares en magnitud para todos los casos) 

Los corrimientos químicos son 

una herramienta poderosa para 

identificar ambientes químicos, 

estados de oxidación y grupos 

funcionales. 

Corrimiento químico para el Ti 2p 

al pasar de Ti a Ti 4+ 



Pag. 17



Tabla III: Energías típicas para el C 1s de muestras orgánicas 

Tabla IV: Energías típicas para el O 1s de muestras orgánicas 

Ejemplos de corrimientos químicos 



Pag. 18



Espectro de alta resolución de la Arsenopirita 



Pag. 19



Corrimientos químicos 



Pag. 20



Corrimientos químicos 

Se cuenta con base de datos en el NIST 

http://srdata.nist.gov/xps/ 

Hay muchas opciones y puedes escoger la que más te guste!!! 



Pag. 21



Calibración de las energía 

Analizador de electrones 


Analizador hemisférico 

concéntrico (CHA) 

Analizador de espejos 

cilíndricos (CMA) 

1. Estos analizadores deben de trabajar a resolución constante para XPS. 

2. También pueden trabajar a resolución variable, pero no se usa para XPS. 



Pag. 22



Influencia de la resolución del analizador 

en la forma e intensidad del pico 

Intensidad (U.A.) 

Resolución baja 

Resolución media 

Resolución alta 

Intensidad Normaizada 

1.0 

0.8 

0.6 

0.4 

0.2 

Resolución baja 

Resolución media 

Resolución alta 

295 290 285 280 275 

Energía de enlace (eV) 

295 290 285 280 275 

Energía de enlace (eV) 

Espectro de XPS del pico de C1s (muestra de BC) 

Satélites de la fuente de rayos-X 

Tabla VI: energías e intensidades de los satélites de rayos -X 

100 

Intensidad relativa a kα 1,2 

10 

1 

Mg 

Al 

1300 1500 

Energía (eV) 



Pag. 23



Fuentes monocromáticas 

Para Al K α 

Usando los planos (1010) de 

Un cristal de cuarzo tenemos: 

`Ventajas de usar fuente de rayos-X monocromáticos: 

• Ancho de picos XPS delgados 

• Reduce el background 

• No hay picos satélites en XPS ni picos fantasma 

XPS de una muestra de SiO 2 usando una fuente de Al kα 

Radiación no 

Monocromática 

Radiación 

Monocromática 



Pag. 24



Anchos de línea y resolución 

Experimentalmente, poder discernir entre átomos que tienen 

un pequeño corrimiento químico está limitado por el ancho 

del pico, el cual depende de: 

1) El ancho intrínseco de los niveles iniciales y el tiempo 

de vida del estado final (∆E P ). 

2) El ancho de línea de la radiación incidente (∆E F ). 

3) El poder de resolución del analizador de electrones (∆E A ). 

∆E 

= 

∆E 

2 

A 

+ ∆E 

2 

F 

+ ∆E 

2 

P 

Tabla V: Energías y anchos de las líneas de rayos-X 

Más comunes 



Pag. 25



Variación de la fuente de rayos-X 

Convolución 

Métodos analíticos 

¿Cómo podemos obtener espectros XPS de alta resolución? 

Deconvolución 



Pag. 26



Sección 3 

Pérdidas de energía electrónica (background) 

Atenuación del electrón: dispersiones inelásticas 

Modelo interpretativo: QUASES 

Diferentes picos en un espectro XPS 

Perfil de profundidad 

Pérdidas de energía electrónica (background) 

Origen del background 

Los fotoelectrones pierden 

energía por chocar con los 

plasmones (volumen y 

superficies) y por producir 

cualquier excitación de los 

niveles en la banda de 

valencia. 

¿Por qué es importante estudiar el background? 

Por que se puede obtener información de la profundidad y 

distribución lateral de los elementos, utilizando la 

metodología desarrollada por Sven Tougaard. 



Pag. 27



Background: 

dispersiones inelásticas 

Tougaard desarrolló un 

procedimiento de ajuste a la 

“cola” inelástica, la cual da 

información de la 

morfología de las capas 

superficiales. Tal como, el 

recubrimiento, alturas de 

partículas (o películas) 

Análisis de espectros XPS usando QUASES 

• La cuantificación tradicional por XPS asume que: 

• El área de análisis es homogénea. 

• La concentración atómica superficial es directamente 

proporcional a la intensidad del pico. 

• Para una mayor exactitud en la cuantificación se debería 

tener en cuenta la intensidad del pico, la forma del pico y la 

energía del background. 

• En XPS los electrones detectados resultan de dos 

procesos: 

• Los electrones intrínseco (los fotoelectrones). 

• Los electrones extrínsecos (los fotoelectrones 

dispersados inelásticamente). 

• Los electrones extrínsecos dependen fuertemente de la 

profundidad a la que fueron emitidos y de la distribución lateral. 

• La figura muestra un cálculo teórico de la porción extrínseca 

del espectro 2p de Cu, como una función de la posición y 

distribución de los átomos de Cu en una cierta matriz. 



Pag. 28



Formalismo matemático para la 

descripción de un espectro XPS 

Número de electrones por segundo, por átomo y por unidad de energía emitidos en ángulo sólido 

Espectro medido 

Concentración atómica a una profundidad x 

1 

2π 

∫ 

∫ 

− − 

− Σ 

J(E, Ω )= F( , Ω ) ds 

i 2πs (E E ) 

x (s) / cos 

0 0 

dx f(x) 

dE 

E 

e 

∫ 

e 

0 θ 

Σ( s) = 1 −isT 

K(T) e dT 

λ 

∫ 

− ∞ 

i 0 

Pérdida de energía del electrón 

Camino libre medio inelástico de 

los electrones en el sólido 

Sección eficaz de dispersión inelástica 

S. Tougaard, Surface and Interface Analysis 11, 453 (1988). 

S. Tougaard and H.S. Hansen, Surface Interface Analysis 14, 730 (1989). 

S. Tougaard, J. Electron Spectroscopy 52, 243 (1990). 

⎡ 

FE ( , Ω) = ( , Ω) − ( , Ω) exp ( − )( − 

1 ⎣ 

() ) ⎤ 

⎥ 

⎦ 

1 

[ ] 

P JE dEJE ' 

ds i sE ' 

E P1 

⎢ ∫ ∫ 2π 

1 

Ps 

donde 

() ∫dx f() x exp − () s 

Ps = 

⎛ ⎜ 

⎝ 

x 

cosθ Σ 

⎞ 

⎟ 

⎠ 

1 

( ) 

P = ∫dx f x 

⎛ x ⎞ 

exp⎜ 

− ⎟ 

⎝ λ cosθ⎠ 

i 

• Para encontrar F(E,Ω) primero se deben evaluar Σ(s), P 1 

y P(s). 



Pag. 29



Para una muestra homogénea 

Superficie 

SUSTRATO 

f(x) = c , P 1 

= cλcosθ P(s) = c cosθ/(Σ(s)) 

F 

⎡ 

⎢ 

cλ 

cosθ 

⎣ 

1 

⎤ 

' ' 

' 

( E, Ω) = J( E, 

Ω) − λ dE J ( E , Ω) K( E − E) ⎥⎦ 

∞ 

∫ 

E 

• Algoritmo de sustracción de Background por Tougaard 

• También puede ser utilizado para determinar si una muestra es homogénea 

Para el caso de nanopartículas 

SUSTRATO 

SUSTRATO 

DX = Valor medio de las alturas 

de las partículas 

f 

Nanopartículas 

( x) 

⎧cf 

= ⎨ 

⎩0 

1 

para 

para 

0 < x < DX 

DX 

< x < ∞ 

SUSTRATO 

DX 

SUSTRATO 

DX Sustrato 

f 

( x) 

⎧c 

= ⎨ 

⎩c 

( -f ) 

1 1 

para 

para 

0 < x < DX 

DX 

< x < ∞ 

P = c ⋅ λ ⋅ f 

1 

P 

() s 

= c ⋅ f 

1 

1 

⎛ ⎛ DX ⎞⎞ 

⋅ cosθ⎜1 

− exp⎜ 

− ⎟⎟ ⎝ ⎝ λ cosθ 

⎠ ⎠ 

∑() 

s 

cosθ 

⎛ ⎛ DX 

⋅ ⎜1 

− exp⎜ 

− 

() ⎜ 

∑ s 

⎝ ⎝ cosθ 

⎞⎞ 

⎟⎟ 

⎟ 

⎠⎠ 

f 1 

es la fracción recubierta de la 

superficies con valores entre 0 y 1 



Pag. 30



Parámetros necesarios para el 

análisis 

• Camino libre medio inelástico de los 

electrones que provengan de la señal de 

interés. 

• Sección eficaz de dispersiones 

inelásticas. 

• El ángulo entre el analizador y la 

normal de la muestra. 

Proponer una distribución en 

profundidad de los átomos presentes en 

la muestra. 

NO 

K, λ, θ 

( ) = FFT( K ) 

∑ s 

Proponer una f(x) 

P 1− 1 

P() 

s 

⎛ P 

FFT⎜1 

− 

⎝ P 

F( E) 

⎞ 

⎠ 

1 

() s 

⎟ 

M.E.K.P. ~ 0 

Terminar 

Sección eficaz de dispersión 

inelástica (K) 

• Las secciones eficaces son obtenidas de mediciones de 

pérdidas de energía electrónica por reflexión (REELS). 

• La deconvolución de las dispersiones múltiples se realizan a 

partir de la siguiente expresión: 

λL 

K( 

E 

λ + L 

0 

− E ) = 

i 

j ( E ) − 

l 

i 

i 1 

∑ − 

m= 

1 

λL 

K( 

E0 

− Ei 

λ + L 

j ( E ) ∆E 

l 

0 

−m 

) j ( E 

l 

m 

) ∆E 

Donde 

j ( E ) ∆E 

= A 

l 

0 

p 

= Área del pico elástico 



Pag. 31



Diferentes picos en espectros XPS 

1) Picos de Fotoemisión 

2) Picos Auger 

3) Picos debido a Satélites de Rayos-X 

4) Picos Fantasmas de Rayos-X 

5) Picos debido al “shake-up” 

6) Picos por división de multiplete 

7) Picos debido a pérdidas de energía por plasmones 

8) Picos y bandas de valencia 

Picos debido a Satélites de Rayos-X 



Pag. 32



Picos Fantasmas de Rayos-X 

Picos debido al “shake-up” 

Niveles 

desocupados 

Niveles de 

valencia 



Pag. 33



Picos por división de multiplete 

Picos debido a pérdidas de energía por plasmones 



Pag. 34



Espectros en la Banda de Valencia 

Además de los niveles internos mostrados en los espectros XPS, la región de 

baja energía de enlace del espectro (0-35 eV) contiene información de la 

banda de valencia. 

Método general para la identificación de los picos 

1) Identificar los picos C1s, O1s, C(KLL), O(KLL) ya que son los más 

sobresalientes en un espectro XPS si las muestras no han sido 

preparadas en forma in-situ. Recuerde identificar los picos debidos a 

los satélites y los debidos a pérdidas de energía. 

2) Identifique las otras líneas intensa en el espectro (utilice el manual de 

XPS) recuerde tener presente los picos debido a los satélites de rayos-x. 

Realice una tabla con las posiciones en energía de los picos menos 

intensos. Tenga presente que puede haber interferencia de los picos 

más intensos con algunos otros elementos, por ejemplo: para el C1s el 

Ru3d; para el O1s el V2p y el Sb3d; para el O(KLL) el I(MNN) y 

Cr(LMM); para el C(KLL) el Ru(MNN). 

2) Identifique los picos de menor intensidad que te hagan falta identificar, 

asumiendo que estos picos son los más intensos de elementos 

desconocidos. Los pequeños picos que no se puedan identificar pueden 

ser picos satélites. 

3) Observe que las separaciones debidas a los doblete de spin sean las 

correctas (para los picos p, d y f) y, que el cociente entre los dobletes 

del pico p es sea de 1:2; de los d sea de 2:3; y de los f sea de 3:4. 



Pag. 35



Perfil de profundidad 

Material 

erosionado 

Se asume una velocidad 

constante de erosión 

Análisis por XPS 

Erosión con iones de Ar + 

Análisis por XPS 


Tiempo de erosión 


Tiempo de erosión 

Concentración 

Profundidad 

Calibración de la escala de profundidad: 

• A partir de la velocidad de erosión, obtenida del tiempo que 

se tarda en erosionar una capa del mismo material, la cual 

tenga un grosor conocido. 

• A partir de medidas de perfilometría de la profundidad del 

cráter dejado por la erosión. 



Pag. 36



Perfil de profundidad con rotación de la muestra 

Iones: 4 kV 

Muestra en reposo 

Ancho de la interfaz 

Cr/Si = 23.5 nm 

Iones: 4 kV 

Muestra en rotación 


Cr/Si = 11.5 nm 

Muestra 

Muestra 

Iones de 

alta energía 


alta energía 

Iones: 500 V 

Muestra en rotación 


Cr/Si = 8.5 nm 

Muestra 


baja energía 

Factores que afectan un 

perfil de profundidad 

Factor instrumental 

Características de la 

muestra 

Efectos inducidos 

por la radiación 

• Adsorción de los gases residuales. 

• Redepósitos de las especies erosionadas. 

• Impureza en el haz de iones. 

• Intensidad no uniforme del haz de iones. 

• Dependencia en el tiempo de la intensidad del haz. 

• Información de profundidad (IMFP). 

• Rugosidad original de la superficie. 

• Estructura cristalina y defectos. 

• Erosión preferencial y rugosidad inducida. 

• Implantación de los iones primarios (Ar + ) 

• Mezcla atómica. 

• Rugosidad inducida. 

• Erosión preferencial y descomposición del 

compuesto. 

• Difusión y segregación. 



Pag. 37



Daños inducidos por los rayos - X 

Para muestras sensibles 

se deben hacer las 

mediciones al menos 

dos veces para ver si 

hubo algún daño en la 

muestra. 

Sección 4 

Compensación de cargas 

Análisis de áreas pequeñas e imagen 

Variaciones angulares 

Parámetro Auger 

Sistemas XPS en México 



Pag. 38



Compensación de la carga 

Rayos-X 

Fotoelectrones 

Electrones Auger 

Electrones secundarios 

Background 

Para metales u otras muestras 

conductoras son aterrizadas al 

sistema. 

Muestra 

Los electrones se mueven 

continuamente a la superficie 

para compensar a los electrones 

perdidos en la región de la 

superficie. 

Carga superficial no-uniforme 

Muestra 

Ensanchamiento de los picos!! 



Pag. 39



Técnicas para referenciar la energía de 

enlace en muestras aislantes 

Tomar ventaja de los contaminantes basados en carbono 

- Contaminación del ambiente. 

- Contaminación de bombas de aceite. 

- Adicionar ciclohexano. 

A menudo se utiliza una energía de enlace de 285 ± 0.2 eV 

u otro pico de la muestra con posición bien conocida. 

Técnicas de compensación de cargas 

Usando un cañón de electrones de baja energía 

Filamento 

Óptica de los 

electrones 



Pag. 40



Análisis de áreas pequeñas e imagen con XPS 


Apertura del 

analizador 


Apertura del 

analizador 

Rayos -X Rayos -X 

Muestra 

Muestra 

Área de análisis determinada por el analizador 

Área de análisis determinada por tamaño 

del haz de rayos -X 



Pag. 41



Técnicas de imagen por XPS 

(1) - Moviendo el portamuestra 

- Imagen: Posición x,y vs. la 

intensidad de los fotoelectrones 

• Resolución: 50 µm. 

Tamaño pequeño de los rayos-X 

(2) - Usando placas para el barrido 

- Imagen: Voltajes Vx,Vy de 

barrido Vs. Intensidad de los 

fotoelectrones. 


(3) - Usando un arreglo de detectores 

- Imagen: Posición x,y del detector 

vs. la intensidad de los 

fotoelectrones 


Detector MPC 



Pag. 42



Ejemplos de imagen por XPS 

Variaciones angulares 

• Puede aprovecharse la sensibilidad angular de detección para obtener 

información no destructiva de profundidad 

• Este análisis está limitado a capas muy delgadas 

• Para valores pequeños de θ la contribución 

principal del espectro es de la muestra de Si 

• Para valores mayores de θ se vuelve sustancial la 

contribución de la capa de óxido 



Pag. 43



Parámetro Auger 

El parámetro Auger (insensible al efecto de carga electrostática) fue 

definido como 

α=E k +E B -hν 

E k : Energía cinética del pico Auger más intenso 

E B : Energía de enlace del pico XPS más intenso 

Algunas limitaciones del XPS 

• XPS no detecta Hidrógeno. 

• Requieren ultra alto vacío. 

• Las muestras generalmente son sólidos. 

• Para muestras aislantes debe neutralizarse la 

carga acumulada. 



Pag. 44



Aplicaciones 

Área de 

aplicación 

Corrosión y 

oxidación 

Metalurgia/ 

tribología 

Adhesión 

Catálisis 

Semiconductores 

Superconductores 

Información disponible 

Identificación elemental; oxidación; composición química en el 

proceso 

Identificación elemental; análisis de aleaciones; estudio de 

recubrimientos 

Enlace entre película y sustrato; cambios químicos durante la 

adhesión 

Identificación de las especies intermedias formadas; estado 

de oxidación de especies activas 

Caracterización de recubrimientos de películas delgadas e 

interfaces; identificación de óxidos nativos 

Estados de valencia; estequiometrías, estructura electrónica 

Sistemas XPS en México 

* 

CCMC-UNAM 

IICO 

IPN 

IMP 

* 

* 

* 

CINVESTAV * 

IIM-UNAM 

IF-UAP 

UAM-IZTAPALAPA 



Pag. 45

EspectroscopÃ­a de electrones fotoemitidos (X-ray ... - CNyN - UNAM

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?

EspectroscopÃa de electrones fotoemitidos (X-ray ... - CNyN - UNAM