光電⼦分光装置
X-ray Photoelectron Spectrometer (XPS)
基本原理/ Mechanism

基本仕様 / Specifications
日本電子株式会社（JEOL） JPS-9030

磁気シールド（Magnetic shield）

Ø エネルギー分解能（半値幅） / Energy resolution(FWHM) : 1.00eV or less (standard X-raysource)Ø X線源 / X-ray source
加速電圧 / Acceleration voltage ： 12kV(Max)
エミッション電流 / Emission current : 50mA(Max)
Ø 標準X線源 / Standard X-ray source : Al/Mgツインアノード / Al/Mg twin anodeØ 深さ方向分析機能搭載 / Come with Depth
Profiling
X線（X-ray）

アナライザ外球（Analyzer outer globe）
アナライザ内球（Analyzer inner globe）
入射スリット（Incident slit）

多重検出器（Multiple detector）

静電レンズ（Electrostatic lens）
スリット（Slit）
X線管（X-ray tube）
試料（Sample）
超高真空（Ultra high vacuum）

光電子（Photoelectron）

光電子（Photoelectron）

X線（X-ray）

真空（Vacuum）

電子（Electron）

光電子の脱出深さ（Escape depth）

試料（Specimen）

JPS-9030光電子分光装置は、マグネシウム（またはアルミニウム）の特性X線を物質に照射し、物質表面から放出される電子（光電子）のエネルギーを測定します。光電子の運動エネルギーは、原子の内殻電子の結合エネルギーを直接反映し、各元素に固有の値をもちます。また、電子の結合エネルギーは化学結合状態によって変化（化学シフト）します。これらの特徴に基づき、物質の構成元素と同時に化学結合状態が推定できます。

光電子のエネルギー（Photoelectron energy）: 0 〜 1,500 eV

光電子の平均自由行程（Mean free path）: 1 〜 5 nm光電子の脱出深さ（Escape depth）: 0 .5〜 3 nm

光電子の平均自由行程（Mean free path）

光電子分光装置による物質の分析は、通常の光による分析と異なり、電子と物質との相互作用が大きいことから物質中で発生した光電子の検出領域は表面の数nmの層に限られます。この深さは表面の3〜4層の原子層に相当するため、極めて表面に敏感な分析手段であり、表面分析に欠かせない装置の一つとして利用されます。

The JPS-9030 Photoelectron Spectrometer measures the kinetic
energy of photoelectrons excited by irradiating the specimen with thecharacteristic X-ray of magnesium (Mg) or aluminum (Al). The kinetic
energy of photoelectrons is directly determined by the binding energyof the inner-shell electrons of the atoms. Binding energy represents
the electronic energy level in an atom and is peculiar to each element.
In addition, the binding energy of electrons depends on the chemicalbond state (Chemical shift). Based on these features, not only thecomposition of elements but also the chemical state of atoms andmolecules can be estimated.

Unlike ordinary optical analysis methods, the depth of the analysis
region is limited to several nanometers due to a large interaction between
photoelectrons and the specimen. Since this region corresponds to only
three or four layers of surface atoms, the analytical sensitivity is very highin terms of the specimen surface, thus resulting in an indispensable device
for surface analysis.
https://www.jeol.co.jp/science/xps.html

Ni 3s
Fe 3s
Fe 3p1/2, 3p3/2

Ni LMM
400716200

Cr 2p3/2

Surface

712

708

704

700

584

580

Binding Energy (eV)

Ni

576

572

568

Binding Energy (eV)Depth

Ni 2p3/2

O2-O 1s

Depth0

Binding Energy (eV)

860

856

852848Binding Energy (eV)Figure 1 XPS spectrum of an Fe-Cr-Ni alloy(stainless steel).

844

540

Fe

60

40200CrNi
0102030405060

Etching time (s)Surface

SurfaceO80



Surface

100

Concentration (at.%)

FeDepthCr

Intensity (a. u.)

Intensity (a. u.)

Fe 2p3/2

Fe LMMFe LMM
Cr 2p1/2
Cr 2p3/2
Fe LMM
Ni LMM
600

3+CrDepth

Fe 2p3/2

3+

Intensity (a. u.)

800

Fe

Intensity (a. u.)

1000

Fe 2s
Cr LMMFe 2p1/2

Intensity (a. u.)Ni 2p1/2

Ni 2p3/2

実用例/ Application Example

536

532

528

524

Binding Energy (eV)Figure 2 XPS spectra of Fe 2p3/2, Cr 2p3/2, Ni 2p3/2,and O 1s for an Fe-Cr-Ni alloy (stainless steel).

Figure 3 XPS in-depth composition profile of an Fe-CrNi alloy (stainless steel).