表面元素分析.pdf

表面形貌及成分分析表面形貌及成分分析 通过分析样品的表面 或近表面来表征材料 基于您所需要的资料 我们可以为您的项目选择最佳的分 析技术 我们的绝大部分的技术使用固体样品 有时会用少的液体样品来获取固体表面的化学信息 在许 多情况下材料表征和表面分析是很好的选择 绝大大部分属于两类 1 已知自己拥有什么样的材料 但是想要更多关于具体性能的信息 比如界面锐度 剖面分布 形态 晶 体结构 厚度 应力以及质量 2 您有对之不是完全了解的材料 想找出有关它的成份 沾污 残留物 界面层 杂质等 光学显微镜 OM 检查 技术原理 光学显微镜的成像原理 是利用可见光照射在试片表面造成局部散射或反射来形成不同的对比 然而因为 可见光的波长高达 4000 7000 埃 在分辨率 或谓鉴别率 解像能 指两点能被分辨的最近距离 的考虑 上 自然是最差的 在一般的操作下 由于肉眼的鉴别率仅有 0 2 mm 当光学显微镜的最佳分辨率只有 0 2 um 时 理论上的最高放大倍率只有 1000 X 放大倍率有限 但视野却反而是各种成像系统中最大的 这 说明了光学显微镜的观察事实上仍能提供许多初步的结构数据 应用范围 主要优点 光学显微镜的放大倍率及分辨率 虽无法满足许多材料表面观察之需求 但仍广泛应用于下列之各项应用 例如 1 PCB 表面质量及可焊性测试检查 2 PCBA 电子元器件金相切片观察 染色实验检查 2 IC 开封后观察 3 金属材料金相分析 晶粒度检查 孔隙率检查 非金属夹杂物检查 断口观察 4 涂 镀层厚度测量 扫描电子显微镜 X 射线能谱仪 SEM EDS 扫描电子显微镜 X 射线能谱仪 SEM EDS 是依据电子与物质的相互作用 当一束高能的入射电 子轰击物质表面时 被激发的区域将产生二次电子 俄歇电子 特征 x 射线和连续谱 X 射线 背散射电子 透射电子 以及在可见 紫外 红外光区域产生的电磁辐射 原则上讲 利用电子和物质的相互作用 可 以获取被测样品本身的各种物理 化学性质的信息 如形貌 组成 晶体结构 电子结构和内部电场或磁 场等等 SEM EDS 正是根据上述不同信息产生的机理 对二次电子 背散射电子的采集 可得到有关物质 微观形貌的信息 对 x 射线的采集 可得到物质化学成分的信息 电子束激发样品表面示意图 应用范围 主要优点 主要特点 主要特点 1 样品制备简单 测试周期短 2 景深大 有很强的立体感 适于观察像断口那样的粗糙表面 3 可进行材料表面组织的定性 半定量分析 4 既保证高电压下的高分辨率 也可提供低电压下高质量的图像 X 射线光电子能谱 电子光谱化学分析仪 XPS ESCA X 射线光电子能谱 XPS 也称为电子光谱化学分析仪 ESCA 用来测量定量原子组成和化学成分 它 是取样范围从表面到深度大约 50 70 的分析技术 或者 XPS 也可用通过量化材料本体级分子进行特征 化薄膜溅射深度剖面 XPS 是一种元素分析技术 提供独特的被检测元素的化学状态信息 如 测量硫元 素中硫酸盐和硫化物的形式 这个过程是用单色 X 射线照射样品而产生散射光电子 这些光电子释放的能 量是取样范围内元素的特征 利用这项技术在不同领域的多种应用中帮助客户研发以及发展工艺 测量表面成分及化学状态信息 描述清洁过程 分析粉末和碎片的主成分 有机材料 无机材料 污点 残留物的表面分析 识别污染源 识别和量化表面变化前后聚合物的功能性检测 测量硬盘上的润滑剂厚度 为材料本体水平元素获取薄膜 导电的和非导电的 深度剖面 薄膜氧化物厚度测量 SiO2 Al2O3 等 或估算两个样品氧化层厚度的不同 检测极限通常在 0 01 最小的分析面积是 10 m 应用范围 主要优点 XPS ESCA 分析优点 表面化学状态识别 除 H 和 He 外 所有元素的识别 定量分析 包括样品间化学状态的不同 适用于多种材料 包括绝缘样品 纸 塑料 玻璃 材料本体水平浓度的深度 氧化物厚度测量 这些对产品化学成份的见解可以使您的产品 工艺更快地改进 减少周转时间并节省成本 应用图谱 XPS 分析图谱 XPS 深度剖面分析图谱 工作原理 工作原理 俄歇电子能谱 AES Auger 俄歇电子能谱 AES Auger 是一种利用高能电子束为激发源的表面分析技术 AES 分析区域受激原 子发射出具有元素特征的俄歇电子 AES 电子束可以扫描一块或大或小的表面 它也可以直接聚焦在小块表面形貌上 半导体产业经常 要求这样 聚焦电子束斑到 10nm 或更小的直径使得 AES 成为小表面形貌元素分析的非常有用的工具 此 外 它能够在可调整的表面区域内栅蔽电子束从而控制分析区域的尺寸 当用来与溅射离子源的结合时 AES 能胜任大 小面积的深度剖面 当与聚焦离子束 FIB 一起使用时 它对于截面分析是很有用的 AES 点扫描成分分析图谱 AES 深度溅射氧化铝厚度测量 AES 线扫描成分分析图谱 AES 面扫描成分分析图谱 AES 分析表面异物 应用范围 缺陷分析 表面分析 小面积深度剖面 工艺控制 薄膜成分分析 AES 优点 小面积分析 30 纳米 良好的表面灵敏度 良好的深度分辨率 飞行时间二次离子质谱仪 TOF SIMS 飞行时间二次离子质谱仪飞行时间二次离子质谱仪 TOF TOF SIMS SIMS TOF SIMS Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry 采用一次的脉冲离子源激发固体 表面的原子和分子基团脱附或离化 所产生的二次离子被加速到在质谱仪中 并按照从样品到检测器的飞 行时间而分离 细聚焦的离子束在样品表面扫描形成成分图 深度分布用离子束将材料表面一层层除去的 同时分析该层的质谱图而构建 典型图谱 表面痕量元素分析 应用范围 主要用途 主要用途 定性 定量分析 痕量杂质分析 并行性分析原子和分子基团 有机物和无机物分析 检测和分辨所有的元素和同位素 识别高分子量有机分子 深度剖面分析 检测限达到十亿分之一 ppb 二维和三维表征 X 射线荧光分析 XRF X X 射线荧光分析射线荧光分析 XRF XRF X 射线荧光分析 XRF 是一种用于量化固态和液态样品的元素组成的非破坏性的技术 X 射线被用于 激发样品上的原子 使之放射出带有存在的每种元素能量特征的 X 射线 然后测量这些 X 射线的能量及强 度 XRF 能够探测浓度范围从 PPM 到 100 的 Na U 元素 通过使用适当的参考标准 XRF 可以准确的量化 固态和液态样品的元素组成 通过使用适当的参考标准 XRF 可以准确的量化固态和液态样品的元素组成 应用范围 XRFXRF 应用 应用 定性 半定量元素分析 测量达到几个微米的金属薄膜的厚度 金属合金的鉴定 主要优点 XRF 应用优点 应用优点 分析速度高 测定用时与测定精密度有关 但一般都很短 2 5 分钟就可以测完样品中的全部待测元素 非破坏性分析 制样简单 固体 粉末 液体样品等都可以进行分析 X