光学晶体中涂层检测方案(电子探针)

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ApplicationNews岛津SHIMADZU用户服务热线电话： 800-810-0439第一版发行行：2021年2月400-650-0439 X射线光电子能谱仪 KRATOS AXIS SupraTM电子束显微分析仪 EPMATM-8050G 光学晶体氟涂层分析 二股佑允、小野卓男 01-00006-CN 对用户的好处 XPS 可以在物质表面约10 nm 深度处进行分析。 使用 XPS可以分析表面形成了 nm 级薄膜的样品结构。 前言 近年来，在质量控制和研发方面，获得物质外表面的信息的需求不断增加，表面分析的重要性与日俱增。表面分析的方法有很多种，各种方法可分析的元素和分析深度存在差异，需要根据测定对象选择合适的方法。XPS (X射线光电子能谱分析法： X-rayPhotoelectron Spectroscopy) 是一种测量固体表面受到软×射线照射时发射的光电子能量的表面分析方法，可进行物质表面元素的定性和定量分析、化学键状态分析。XPS的分析深度为自表面10nm 左右，可以获得物质外表面的化学状态信息。本报告中为您介绍使用 XPS分析光学体体上薄膜键合状态的案例。同时，为您介绍不同的分析方法所带来的元素定性、定量结果的差异。 分析样品 分析样品是在表面带有1 um 以下氟涂层的无机光学晶体。为了评价涂层的构成元素、键合状态，本报告使用 EPMA 和 XPS进行了分析。 |分析装置 EPMA 使用了 EPMA-8050G， XPS 使用了 KRATOS AXIS Supra。各种方法的特征如表1所示。XPS是检测光电子的方法，擅长分析样品外表面附近的化学键合状态。而 EPMA 是使用电子束作为激发源，擅长表面观察和微小区域的元素分析。另外，检测的X射线具有扩散性，因此包含比XPS 更深区域的元素信息。 表1XPS 和 EPMA的特征 名称 激发源 观测的信号 测定元素 信息深度 检出限 XPS X射线 光电子、俄歇电子 Li-U 约0.01um 约0.1 at% EPMA 电子 特性×射线、反射电子、二次电子等 Be-U 约1 um 约0.01wt% EPMA的测定结果 首先，使用在材料的元素分析最为常用的 EPMA 进行了定性分析。涂层仅有1 um以下，为了将检测的×射线发生区域控制地非常浅，故施加了5 kV加速电压。EPMA的定性分析条件如表2所示，分析结果如表3所所。EPMA可检测出F、O、C以及源于光学晶体的元素①，②，③(对外保密，因此，未记载元素名称)。这表明，可以同时检测出涂层和光学晶体的成分。 因此，可以看出使用 EPMA很难只以涂层为对象进行分析。所以，使用可以分析更接近表面的元素的 XPS 分析了同一个样品。 表2EPMA的分析条件 EPMA-8050G 电子束直径：100 um 电子束电流：0.1uA 分析范围：Be~g2U 预处理：Au涂层 表3EPMA的定性分析结果 检测元素 (Atomic%) F O C ① ② ③ 36.1 1.6 22.8 9.6 9.91 20.0 |使用 XPS 的 Wide 扫描结果(定性分析) 在700×300 um 的测定区域测定的 wide 谱如图1所示。X射线源使用的是单色化Al Ka射线。在测量期间，使用低能电子进行电荷中和。结果表明，检测到了可能源于氟涂层的F、O、C。而使用EPMA观察到的光学晶体成分均未检测到。XPS的深度方向的分析区域是表面以下10 nm左右，因此，更深区域的信息不会作为峰值检测出来。该结果表明，光学晶体上的涂层比 10 nm更厚。换言之，该数据表明可以使用XPS 只分析涂层。 图1光学晶体表面的 wide 扫描结果 Narrow 扫描结果 XPS的元素定量结果如表4所示。该结果表明，光学晶体表面存在的元素几乎都是F、C，与 EPMA 的定量结果存在较大的差异。想知道样品的大区域的信息时使用 EPMA， 分析样品的外表面附近时使用XPS， 充分理解分析方法的特点，根据不同目的选择合适的分析方法是非常重要的。 表4光学晶体的元素定量结果 Atomic conc.[%] F 1s 61.5 0 1s 5.1 C 1s 33.4 图2所示为O 1s光谱、图3所示为F1s谱图的结果。O1s谱图的结合能位置表明存在 O-CFx 类的键合。另外，F1s谱图的峰值位置表明存在有机类的氟化合物。 Binding energy (eV)图2光学晶体表面的01s谱图F 1s 350000 300000)0 250000 cou200000c0 150000 100000 50000 0 699 694 689 684 679 Binding energy (eV) 图3光学晶体表面的F 1s谱图 另外，通过对C 1s谱图的分峰拟合，分析了涂层的化学键合状态。拟合的结果如图4所示。表5所示为通过分峰拟合得到的各组分的比例。从图4可知，涂层主要是由C和F键合形成的化学态物质组成。另外，从结合能位置，可以证实涂层主要由CF-CF，，O-CF， CF-CF，构成。 图4光学晶体表面的C 1s谱图拟合结果 表5C 1s谱图中各组分的比例 BE [eV] Ratio[%] C-H 285.0 0.3 C-O 286.4 0.7 C=O 287.9 1.6 COO 289.1 2.0 CF-CF， 290.6 15.8 CF-CF 292.4 58.6 O-CF， 293.8 18.6 CF， 294.8 2.4 总结 使用 XPS分析了在光学晶体表面实施的氟涂层。与EPMA相比， XPS 在深度方向的分析区域较浅，只有10 nm 左右， 可完成表面实施的薄处理层的定性、定量和化学键合状态分析。在本次的案例中，证实涂层主要由 CF，-CF，O-CF，CF-CF，构成。 岛津应用云 岛津企业管理(中国)有限公司岛津(香港)有限公司 ( http：//www.shimadzu.com.cn ) 使用XPS分析了在光学晶体表面实施的氟涂层。与EPMA相比，XPS在深度方向的分析区域较浅，只有10nm左右，可完成表面实施的薄处理层的定性、定量和化学键合状态分析。在本次的案例中，证实涂层主要由CF2-CF2,   O-CF2, CF-CF2 构成。