X-Ray，XRD，XRF，XPS有什么区别？

知识星球（星球名：芯片制造与封测技术社区，点击加入）里的学员问：晶圆厂中，X射线可以应用在X-Ray，XRD，XRF，XPS，这四种设备各有什么作用和区别吗？

X-Ray、XRD、XRF、XPS虽然它们都用 X 光源，但原理、检测对象和应用目的截然不同。

X-Ray（CT）

原理：运用的是X射线的透射原理：X 射线穿透样品时，会根据样品内部密度、厚度、材料组成不同而发生不同程度的吸收。探测器记录 X 射线通过样品后的强度变化，形成影像。

作用：无损检测，可看到芯片封装内部结构。不能得出元素组成，只看结构形貌、断裂、偏移；可做 2D 或 3D 重建（CT 扫描）。

XRD（X-ray Diffraction，X射线衍射）

原理：利用布拉格衍射原理，X 射线照射到晶体面上发生弹性散射；当满足衍射条件时，会在特定角度形成峰值信号；分析峰位和强度可得知材料的晶体结构、取向、应力、缺陷等信息。

作用：判断晶体是否存在、是否定向排列；测量晶格常数、应力、晶粒大小；检测外延层是否与底层晶格匹配等。非破坏性，可用于薄膜、多晶、单晶材料分析。

XRF（X-ray Fluorescence，X射线荧光光谱）

原理：X射线轰击样品原子 → 激发出内层电子 → 原子处于激发态（有空位） →外层电子跃迁到内层空位，释放多余能量 → 发出特征能量的二次X射线（荧光）。

每种元素发射的荧光能量不同 → 可用于定性和定量分析元素组成。

作用：快速识别样品中的元素种类与含量（≥ppm级）；测金属层厚度等。非破坏性。

XPS（X-ray Photoelectron Spectroscopy，X射线光电子能谱）

原理：X 射线照射样品时，光电效应将材料内层电子击出；测量电子的动能后，根据能量守恒计算电子的束缚能；束缚能是元素特征值 → 得出元素种类、化学态和结合状态。

作用：测量任何表面上最上层的 50-60 个原子，5-10 纳米的元素组成。具有破坏性。

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