2023年5月9日

X線光電子分光法（XPS）による銅材表面の化学状態解析

機械・材料技術部
海老名
  • 固体・表面分析
  • 金属材料
  • 無機材料
  • #トラブル対策
  • #研究開発
  • #表面分析

化学状態解析でわかること

機械・材料技術部解析評価グループでは，銅材に生じた光沢低下の要因を調査するために，X線光電子分光分析装置（アルバック・ファイ社製　PHI5000 VersaProbeⅡ）を使用して，銅材表面から得られた光電子スペクトルおよびオージェ電子スペクトルを用いた化学状態解析を行いました。

左側が本来の光沢がある銅材，右側が光沢が低下した銅材です。

銅材の外観
写真1　銅材の外観

X線光電子分光法（XPS）による表面分析

写真1の銅材について，X線光電子分光分析装置（アルバック・ファイ社製　PHI5000 VersaProbeⅡ）を使用して表面分析を行いました。

Cu2p光電子スペクトル
図1　Cu2p光電子スペクトル

銅（Cu）のメインピークとして観測されたCu2p光電子スペクトルです。
縦軸が強度，横軸が電子の結合エネルギー値（eV）になります。
それぞれのスペクトルにおけるピーク位置や形状は類似しており，特に違いは見られません。

CuLMMオージェ電子スペクトル
図2　CuLMMオージェ電子スペクトル

CuLMMオージェ電子スペクトルです。
光沢がある銅材と非光沢の銅材では，明らかにスペクトル形状の異なることがわかります。
これより，光沢のある銅材表面では主に金属Cuが，非光沢の銅材表面ではCu₂Oが存在していることがわかりました。
つまり，銅材の光沢が低下した要因として，表面への酸化物の形成が推測されました。

X線光電子分光法（XPS）について

XPSは，固体表面にX線を照射して光電効果により放出される光電子の運動エネルギー（Eĸ）と強度を測定する手法です。測定したEĸから各軌道における電子の結合エネルギー（Eʙ）が算出されます。Eʙは元素固有の値をもつため元素分析ができます。また，注目原子に結合する原子の種類や結合状態によってEʙは変化することがあり，このことを利用した化学状態解析もできます。なお，今回の例のようにX線励起のオージェ電子スペクトルを利用することもあります。
なお，XPSの測定深さは数nm程度になります。
※エネルギーのEは斜体

使用機器

X線光電子分光分析装置（XPS）[model5500]

料金

NO. 項目 単位 料金
E1980 Ｘ線光電子分光分析（走査型・XPS・ワイドスキャンのみ） １試料１ヶ所につき 15,840

ご利用方法

依頼試験（KISTEC事業名：試験計測）で利用できます。