第八章表面檢測(cè)技術(shù)

1、表面分析表面分析表面性能檢測(cè)表面性能檢測(cè) 表面分析儀器表面分析儀器8.1.18.1.2表面分析分類(lèi)概述表面分析與表征研究，包括對(duì)各種表面形貌、表面層顯微組織、表面層的晶體結(jié)構(gòu)、表面層的化學(xué)成分與成分分布、表面原子態(tài)與表面電子態(tài)等的分析。這些分析對(duì)表面工程的設(shè)計(jì)、制造、研究和使用都是極為重要的。表面分析測(cè)試是以獲得固體表面(包括薄膜、涂層)成分、組織、結(jié)構(gòu)及表面電子態(tài)等信息為目的的試驗(yàn)技術(shù)和方法。 電子顯微分析 衍射分析 掃描探針?lè)治?電子能譜分析 光譜分析 離子質(zhì)譜分析 分析方法 圖8-1 TEM構(gòu)造原理和光學(xué)系統(tǒng)實(shí)線：中間鏡物平面與物鏡像平面重合時(shí)觀察到顯微圖像虛線：中間鏡物平面與物鏡背焦面

2、重合時(shí)觀察到電子衍射譜在FIM后配置飛行時(shí)間質(zhì)譜儀就構(gòu)成原子探針，即組成所謂的原子探針場(chǎng)離子顯微鏡（AP-FIM），用它可以分析樣品表面單個(gè)原子的化學(xué)成分。因此用FIM以及APFIM可以研究樣品表面原子結(jié)構(gòu)和原子運(yùn)動(dòng)行為。 ndsin2Kb/sinhasin圖8-9垂直入射的一維點(diǎn)陣的衍射圖8-10二維點(diǎn)陣示意X射線管射出的X射線射打在試樣上，由試樣產(chǎn)生所含元素的二次X射線（即X射線熒光）向不同方向發(fā)射，只有通過(guò)準(zhǔn)直管的一部分形成一束平行的光投射到分光晶體。分光晶體用LiF或NaCl等制成，它相當(dāng)于光柵或棱鏡的分光作用，把一束混雜各種波長(zhǎng)的二次X射線按波長(zhǎng)不同的順序排列起來(lái)。改變分光晶體的旋轉(zhuǎn)

3、角，則檢測(cè)器相應(yīng)地回轉(zhuǎn)，投射到檢測(cè)器上的X射線只能為某一種（或幾種）波長(zhǎng)。由于分光晶體的旋轉(zhuǎn)角在一定條件下對(duì)應(yīng)于某一定波長(zhǎng)，故角就是定性分析的依據(jù)。從檢測(cè)器接收到的X射線強(qiáng)度就對(duì)應(yīng)于某一波長(zhǎng)X射線強(qiáng)度，它表示樣品中含有該原子的數(shù)量，因此是定量分析的依據(jù)。圖8-14為俄歇電子能譜儀示意圖。最簡(jiǎn)單的俄歇電子能譜儀包括真空系統(tǒng)、激發(fā)用電子槍和對(duì)發(fā)射的二次電子(俄歇電子)進(jìn)行能量分析的電子能譜儀。因?yàn)槎硇娮幽茏V法對(duì)表面非常敏感，所以最基本的條件是要求有一個(gè)超高真空系統(tǒng)（10-8Pa）。除了上述這些基本條件外，現(xiàn)在使用的俄歇電子能譜裝置大都附帶有離子槍?zhuān)x子槍用來(lái)對(duì)表面進(jìn)行剝蝕，這樣，通過(guò)離子濺射對(duì)樣

4、品逐層剝蝕，可獲得元素濃度沿樣品成分分布圖。其深度分辨率為510 nm。餓歇電子能譜儀的這一功能是研究多層膜和界面的有力手段。SPbKEhvEkEbEiEFEiFbEEEspSIMS模式模式真空度真空度/Pa束流強(qiáng)度束流強(qiáng)度/A束斑直徑束斑直徑離子能量離子能量/keV研究對(duì)象或用研究對(duì)象或用途途靜態(tài)10-610-1010-8毫米0.35痕量分析動(dòng)態(tài)10-7微米至亞微米5表面吸附物、有機(jī)物特征特征束流強(qiáng)度束流強(qiáng)度束斑直徑束斑直徑/ m分析區(qū)分析區(qū)/ m橫向分辨本橫向分辨本領(lǐng)領(lǐng)探測(cè)極限探測(cè)極限/%離子探針0.1100pA110約100nm約0.1離子顯微鏡1Na 100150約1 m約10-40 Edxxyll0a)(1RniynR1ia)1(iyaR221ee n維氏硬度維氏硬度努氏硬度努氏硬度金剛石角錐壓頭金剛石菱形壓頭相對(duì)面夾角136o長(zhǎng)邊夾角 相對(duì)變夾角 短邊夾角130o壓痕深度 壓痕深度 符號(hào)符號(hào)測(cè)量單位測(cè)量單位說(shuō)明說(shuō)明維氏努氏FN試驗(yàn)力/N試驗(yàn)力/ND壓痕兩對(duì)角線長(zhǎng)度和的算術(shù)平均值 壓