JEOL 表面分析技術
面分析是用于揭示材料表面數(shù)納米至數(shù)微米深度范圍內的元素組成、化學狀態(tài)及微觀結構的分析技術。該技術能夠從原子尺度認識和說明材料表面的物理化學變化及其與表面有關的宏觀性質的聯(lián)系。 腐蝕、磨損、黏附及其他影響材料性能和可靠性的反應主要發(fā)生于材料表層,因此表面分析在材料評估、質量控制和失效分析中具有關鍵作用。 表面分析技術有數(shù)十種,而且新的分析方法仍在不斷出現(xiàn),在實際分析過程中,需綜合考慮樣品的具體位置、尺寸、材質狀態(tài)以及分析目的,選取最適宜的分析方法。
表面分析儀器的類型和特征
表面分析儀器是一個龐大的家族,其核心目標是獲取材料最外層(通常是幾個原子層到幾納米深度)的化學成分、元素分布、化學態(tài)、電子結構和形貌信息。它們的工作原理各不相同,但都基于一個共同的前提:用某種激發(fā)源(探針)激發(fā)樣品表面,然后分析從表面發(fā)射出來的“信號”。

我們可以用一個統(tǒng)一的框架來理解它們,并根據(jù)“探針”和“信號”的不同進行分類。

下表列舉了幾種典型的表面分析方法,從激發(fā)源、檢測信號、定量能力、化學態(tài)分析可能性、靈敏度、絕緣樣品處理方式及縱深分析能力等方面進行了對比。
| 分析方法 | EPMA (WDS)/SXES/EDS | AES | XPS | XRF | SIMS |
| 激發(fā)源 | 電子束 | 電子束 | X-ray | X-ray | 離子 |
| 信號 | 特征 X-ray | 俄歇電子 | 光電子 | 熒光 X-ray | 二次離子 |
| 可檢測的元素 | Be ~ (WDS, EDS) Li (SXES, 無窗 EDS) | Li ~ | Li ~ | C ~ | H~ |
| 定量分析 | ○ | ○ | ○ | ○ | X |
| 化學狀態(tài) | △ | ○ | ○ | X | 有機化合物 |
| 檢測深度 | 幾µm | 幾nm | 幾nm | 幾nm | 幾nm |
| 靈敏度 | 幾十ppm(質量濃度) | 幾千ppm (原子濃度) | 幾千ppm(原子濃度) | 幾十 ppm(質量濃度) | 幾ppm(原子濃度) |
| 絕緣體 | ○ (導電噴鍍) | △ | ○ | ○ | ○ |
| 深度分析 | △ | ○ | ○ | X | ○ |
| 優(yōu)勢 | 定性分析 、定量分析 、廣域~ 微區(qū)分析 | 微區(qū)分析 、化學態(tài)分析、 深度剖析 | 絕緣體分析、 化學態(tài)分析、 深度剖析 | 定性分析、 薄膜分析、 痕量元素分析 | 有機物分析、 痕量元素分析 |
| 挑戰(zhàn) | 化學態(tài)分析(強項SXES), 有機物分析 | 廣域分析、 絕緣體分析、 有機物分析 | 微區(qū)分析、 痕量元素分析 | 微區(qū)分析 | 定性分析、 定量分析 |
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