Phổ quang điện tử tia X [10] là kĩ thuật phân tích bán định lƣợng về tính chất bề mặt vật liệu. Phổ cũng đƣợc gọi là phổ electron để phân tích hóa học (ESCA). Phổ XPS thƣờng đƣợc dùng để xác định thành phần cơ bản, trạng thái hóa học, trạng thái điện tử của các nguyên tố trên bề mặt của vật liệu.
Kỹ thuật đo XPS đòi hỏi điều kiện chân không siêu cao (UHV) nhằm tránh sự tán xạ của electron trong chất khí, tránh nhiễm bẩn bề mặt và kéo dài tuổi thọ tia X và electron quang điện.
Phổ XPS đƣợc dựa trên lý thuyết hiệu ứng quang điện hay sự phát ra electron sau khi kích thích electron lõi bằng photon. Khi chùm tia X chiếu trực tiếp vào bề mặt mẫu, năng lƣợng photon tia X bị hấp phụ hoàn toàn bởi electron lõi của nguyên tử. Nếu năng lƣợng photon h đủ lớn thì electron lõi sẽ thoát ra khỏi nguyên tử và phát ra ngoài bề mặt.
Các electron phát ra với động năng Ek đƣợc gọi là quang điện tử. Năng lƣợng liên kết của electron lõi đƣợc xác định dựa trên hệ thức Einstein:
b k
h E E (2.4)
Trong đó, h là năng lƣợng photon tia X (với Mg Kα (1253,6 eV) hoặc Al Kα, h = 1486,6 eV); Ek là động năng của quang điện tử, có thể đƣợc đo bằng máy phân tích năng lƣợng và là hàm làm việc do máy phân tích gây ra, khoảng 4 ~ 5 eV.
Tuy nhiên, hàm làm việc có thể bù trừ để đƣợc bỏ qua. o đó, năng lƣợng liên kết có biểu thức nhƣ sau:
b k
E h E (2.5)
Năng lƣợng liên kết Eb của phổ XPS đƣợc tham chiếu đến mức fermi Ef. Vì các mức fermi của mẫu và phổ kế đƣợc căn chỉnh nhƣ nhau nên chúng ta chỉ cần biết hàm làm việc của máy quang phổ, spđể tính Eb. o đó, phổ XPS có thể thu đƣợc bằng cách ghi lại năng lƣợng liên kết hoặc động năng của các điện tử phát ra từ bề mặt mẫu sau khi bề mặt mẫu bị chiếu bởi tia X. Mỗi năng lƣợng liên kết cho phép xác định đƣợc trạng thái liên kết của một nguyên tố trong mẫu đo.
Phổ XPS đƣợc ghi trên phổ kế ESCALab 250 (Thermo VG, UK) với một nguồn tia X đơn sắc của Al Kα (1486,6 eV). Năng lƣợng liên kết đƣợc chuẩn bởi sử dụng C 1s (284,8 eV). Độ phân giải năng lƣợng là 0,48 eV và mỗi bƣớc quét là 0,1 eV. Mẫu đƣợc gửi đo tại khoa Hóa học và Khoa học nano, Trƣờng Đại học Ewha Womans, Hàn Quốc.