De PHI Quantum 2000 Scanning X-ray Microprobe (XPS), opgesteld bij Mesa+ , is een op en top commercieel apparaat. In Nederland staan er drie, zoals op het Natlab van Philips, maar op universiteiten binnen Nederland is het niet eerder vertoond. De XPS meet volautomatisch en kan ook 's nachts zonder hulp van buitenaf hele rijen monsters doormeten. Het apparaat is inzetbaar voor diverse soorten materialen. Het kan ondermeer de oxydatiegraad en vervuiling van ijzeroppervlakken bepalen, verbindingen en deelverbindingen opsporen en de functionele groepen in polymeren localiseren.
De gebruikersgroep van de XPS scanner is divers. Zo hoeft professor David Reinhoudt zijn monolagen op goud of op halfgeleiders niet langer naar Akzo te brengen, maar schuift hij ze nu bij XPS-
operator ing. Albert van den Berg achter de deur. De groep van Reinhoudt hoort bij de hoofdgebruikers die jaarlijks hun bijdrage storten en zodoende korting krijgen op het gebruik van de XPS.
Niet-leden betalen vijfhonderd gulden per uur. Tot die club hoort bijvoorbeeld het Nederlands Centrum voor Laser Techniek (NCLR) van TN. Die laat haar kwartslenzen doormeten op lastige vervuilingen aan het oppervlak. Een heel andere externe gebruiker is het bedrijf Avantium in Amsterdam (dat mede door toedoen van Mesa+ is opgericht, red.) dat op commerciële basis hele tritsen monsters laat onderzoeken. 'Je kunt het plateau volzetten met preparaten, de machine zoekt ze zelf op en begint met analyseren,' aldus operator Van den Berg.
Focus
De ultramoderne XPS scanner werkt met 'zachte Röntgenstralen' die sterk zijn gefocusseerd op een klein deelgebied van het monster. Direct op de plek waar de Röntgenfotonen het materiaal treffen wordt de energie gemeten van de foto-elektronen die als gevolg daarvan van het materiaal afkomen. Hun energie hangt af van de atomen en de moleculen op het oppervlak. De chemische samenstelling en de bindingsenergie tussen de elementen op het oppervlak, kunnen berekend worden door het aantal foto-elektronen te tellen enhun energie te meten. De XPS-analyses kunnen alleen plaatsvinden in vacuüm.
'Vergelijkbare apparaten maken gebruik van een hele brede bundel R÷ntgenlicht', zegt dr. Rico Keim van het Centrale Materialen Analyse Laboratorium van Mesa+. 'Door de sterke focus en de directe meting ter plaatse kunnen we met de XPS veel preciezer zijn. Door rij voor rij te scannen is de bundel veel korter op het oppervlak gericht. Het is mogelijk om de rijen als het ware aan elkaar te plakken zodat een afgeleid electronenbeeld ontstaat, mocht een geheel plaatje gewenst zijn. Voordeel van het zacht scannen en direct meten is dat ook kwetsbare oppervlakken meetbaar zijn. Sommige kunnen door te sterke belichtingen gemakkelijk stuk gaan zoals bepaalde plastics.'
Diepteprofielen
Dr. ir. Vishwas Gadgil, ook van het CMA Laboratorium, wijst op een ander voordeel van de XPS-scanner. Het is mogelijk om diepteprofielen te maken. Door het oppervlak gericht te beschieten met Argon-ionen kunnen laagjes worden verwijderd en de metingen opnieuw uitgevoerd. Tot een micrometer diepte kan zo de opbouw van het oppervlak - de samenstellende elementen en hun bindingen - in de diepte worden geanalyseerd. 'Al deze dingen bij elkaar maken de XPS scanner tot een veelzijdig analyseapparaat volgens cutting edge technologie,' aldus Gadgil.
Om zeker te zijn dat de XPS nog een paar jaar voorop loopt, is een clausule overeengekomen met de Amerikaanse fabrikant, Eden Prairie Minnesota. Rico Keim: 'De R&D-afdeling van Eden Prairie deelde ons mee dat de gevoeligheid binnenkort vier tot vijf keer verbeterd kon worden. Part of the deal is dat we de nieuwste upgrade hier ingebouwd krijgen, mochten belangrijke verbeteringen zich binnen een jaar na aanschaf aandienen.'
