解锁新维度丨岛津XPS Kratos ESCApe软件推出群组阵列分析功能！

　　导读

　　在组合材料与高通量制备领域，快速、全面地表征样品表面的化学成分分布至关重要。传统的单点XPS分析方式耗时费力，且难以揭示材料表面的宏观不均匀性。Kratos ESCApe软件推出的群组阵列分析（Group Array Analysis）功能，专为应对这一挑战而设计，实现了从方法设置、自动采集到数据处理的全面智能化，极大提升了XPS的分析效率与深度。

　　功能核心——智能化的工作流程设计

　　该功能的核心在于构建一个高效、自动化的分析工作流程：

　　1. 灵活定义阵列

　　用户可在软件界面中轻松定义覆盖样品表面的分析点阵列。支持创建规则网格或自定义离散点。例如，在一项针对NiTiCo三元形状记忆合金组合薄膜（沉积于3英寸晶圆上）的研究中，一次性定义了177个分析位点，以评估掺钴（1-3 wt.%）对材料均匀性的影响。软件精确记录了每个点的笛卡尔坐标，为后续的空间分布分析奠定基础。图1（左）展示了溅射靶材与基底的相对位置几何关系，这是导致元素浓度呈梯度分布的原因；（右）图为在软件中定义的相应分析点阵列。

图1. （左）溅射靶材与晶圆的几何位置示意图和（右）ESCApe软件中定义的离散阵列分析位置

　　2.创建自动化采集序列

　　为定义的阵列点创建分析序列（Method），可包含宽谱扫描（Survey）、高分辨率谱图扫描、甚至深度剖析。系统随后依序自动完成所有点的测试，无需人工干预。例如，完成177个点的Survey扫描时间仅需约3小时。

　　3.批量处理与一键成图

　　这是功能的强大之处。采集完成后，利用ESCApe的自动峰值识别、拟合与定量功能，可将一个代表性光谱的拟合模型（如对Ni 2p谱进行化学态分解）一键应用至整个数据集（所有177个光谱）。软件在数分钟内即可完成所有光谱的批处理，并直接生成直观的元素与化学态分布图（Color Map），清晰地呈现了成分的空间分布（如图2所示）。

图2. 金属Ni化学态在晶圆表面的浓度分布图（颜色越红表示含量越高）

　　

　　应用成效——精准绘制化学成分“地图”，指导工艺优化

　　该功能在NiTiCo形状记忆合金组合薄膜分析中取得了显著成效：

　　

　　

　　超越表面——深度剖析与化学态分析的集成

　　该功能的优势不仅限于表面二维分析。ESCApe软件还能轻松地将横向分布分析与深度剖析、高分辨率化学态分析相结合，为用户提供真正的三维成分与化学态信息。

　　1.targeted深度剖析：从面到体的洞察

　　在获得元素与化学态的横向分布图后，研究人员可以快速定位到成分异常或感兴趣的特定区域（例如，图5中Ti含量最高的点218#和图6中其邻近点207#），并直接对该点进行自动化的深度剖析，获取三维成分信息。

图6. 位置207#的深度剖析曲线（元素原子浓度 vs. 溅射时间）

　　2.高级化学态成像：揭示化学成分的微观起源

　　深度剖析不仅能提供元素随深度的变化，更能与高分辨率扫描联动，在每一个溅射周期都采集特定元素的高分辨率谱图，从而在三维空间上追踪化学态的演变。

　　图7A为在位置#207进行深度剖析时，不同溅射时间点采集的C 1s高分辨率谱图。从图中可见 adventitious carbon（碳氢污染物）在溅射初期被快速去除，而Ti-C（碳化物）键的信号始终存在，证明碳元素已深入合金内部，而不仅是表面吸附。

　　此外，通过深度剖析过程中的C 1s谱线变化，我们可以明确区分短暂存在的表面吸附碳与稳定存在的体内碳化物。如图7B所示，碳化物（Ti-C）在晶圆表面并非均匀分布。这对于追溯污染源、评估材料性能至关重要。

图7. A）位置207#深度剖析中不同溅射时间的C 1s谱图变化和B）碳化物（Ti-C）组分的横向分布图及两个代表性区域的C 1s谱图

　　总结

　　Kratos ESCApe软件的群组阵列分析功能，将XPS从传统的“单点快照”提升为“全域测绘”的强大工具。它通过智能化与自动化，极大地缩短了数据分析周期，降低了人为误差，并赋予了科研人员从宏观尺度深入理解材料表面化学分布的能力，完美契合了组合材料研发、工艺监控与优化等领域对高通量、高信息量表征技术的迫切需求。