各种材料分析仪器原理与比较.doc

材料分析的方法及原理 一般材的分析技術可以概分為結構分析(物性)與成份分析(化性)大。其分析方法多用一入射子束（Source）如電子束、子束、光束（含可光及X光射線）及微探針（Probe）等，與試片作用產生各種二次子後，偵測其作用後產生的訊號，分析材各項材特性。 一般常的材分析技術，外乎想要得知試片的（1）表面或材內部的顯微結構影像，此的代表儀器包括掃描式電子顯微鏡（SEM）、穿透式電子顯微鏡（TEM）及原子顯微鏡（AFM）等；（2）材成份分析，此的代表儀器包括X光能散佈分析儀（EDS）、表面化學分析儀（ESCA）、歐傑電子顯微鏡（AES）及二次子質譜儀（SIMS）等； （3）材結晶結構鑑定與分析，此的代表儀器包括X光繞射分析儀（XRD）及穿透式電子顯微鏡（TEM）等。 常的儀器有(1)光學顯微鏡 (Optical Microscope, OM)；(2)掃描式電子顯微鏡 (Scanning Electron Microscope, SEM)；(3)X光能譜分析儀 (X-ray Spectrometry)；(4)穿透式電子顯微鏡 (Transmission Electron Microscope, TEM)；(5)聚焦式子束顯微鏡 (Focused Ion beam, FIB)；(6)X光繞射分析儀 (X-ray Diffractometer, XRD)；(7)掃描式歐傑電子顯微鏡 (Scanning Auger Microscope, SAM)；(8)二次子質譜儀 (Secondary ion Mass Spectrometry, SIMS)；(9)背向散射質譜儀 (Rutherford Backscattering Spectrometry, RBS)；(10)全反射式 X-光螢光分析儀 (Total Reflection X-ray Fluorescence, TXRF)；(11)掃描穿隧顯微鏡 (Scanning Tunneling Microscope, STM)；(12)原子顯微鏡 (Atomic Force Microscope, AFM)等。 各種分析儀器的基本原一般顯微鏡的系統，大多用光學鏡片或電磁透靜（電磁場）偏折或聚焦帶能的子束（如：可光、電子、子、X光）。再藉著子束與試片物質的作用，激發出各二次子（如：可光、二次電子、背向散射電子、穿透式電子、繞射電子、二次子、特性 X光、繞射 X光、歐傑電子、光電子、背向散射子、螢光等），偵測其二次子的能譜、質譜、光譜、或成像，即可分析材的結構和各種特性。XRD - 工作原理 X射线是原子内层电子在高速运动电子的轰击下跃迁而产生的光辐射，主要有连续X射线和特征X射线两种。晶体可被用作X光的光栅，这些很大数目的原子或离子/分子所产生的相干散射将会发生光的干涉作用，从而影响散射的X射线的强度增强或减弱。由于大量原子散射波的叠加，互相干涉而产生最大强度的光束称为X射线的衍射线。满足衍射条件，可应用布拉格公式：2dsin=应用已知波长的X射线来测量角，从而计算出晶面间距d，这是用于X射线结构分析；另一个是应用已知d的晶体来测量角，从而计算出特征X射线的波长，进而可在已有资料查出试样中所含的元素。光學顯微鏡(OM)原理：利用可見光照射在試片表面造成局部散射或反射來形成不同的對比，因為可見光的波長高達 4000-7000埃，在解析度 (或謂鑑別率、解像能，係指兩點能被分辨的最近距離) 的考量上，自然是最差的。STM原理：TEM原理：AFM（原子力显微镜）原理：将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触，由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力，通过在扫描时控制这种力的恒定，带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法或隧道电流检测法，可测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的信息。SIMS原理：利用帶電粒子束撞擊物質表面，利用離子束之動能與能量轉移至物質裡面之原子與分子，經由多次於固態晶格裡面之原子碰撞，原子與分子如