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从没见过这么全的材料表面形貌测试分析,材料人必看!

新材料在线  · 公众号  ·  · 2017-05-29 08:34

正文



这是一个拼颜值的时代,不论人还是材料,你说你有超强的性能,体现在表面超光滑,表面孔径分布均一,表面有特殊结构……可是不借助表面形貌分析仪器,材料如何证明自己…….故此, 小编在此汇总了 材料表面形貌测试 方法。


光学显微镜(OM)检查


光学显微镜利用的是凸透镜的放大成像原理,最佳分辨率是0.2 um。因为采用可见光作为光源,光学显微镜对于色彩的识别非常敏感和准确,不仅能观察样品表层组织,而且在表层以下的一定范围内的组织同样也可被观察到。


测试仪器:


光学显微镜(Olympuspmg3)

来源:西安锐思博创应用材料科技有限公司


应用:

(1)外观检查


(2)尺寸测量


样品要求:

无特殊要求。


参考标准:

IPC-6012   刚性印制板的鉴定及性能规范

IPC-A-610  电子组件的可接受性

IPC-A-600  印制板的可接受性

IPC-6012   刚性印制板的鉴定及性能规范

IPC-A-610  电子组件的可接受性

IPC-A-600  印制板的可接受性


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)是利用电子和物质的相互作用,采集二次电子、背散射电子等,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。


电子束激发样品表面示意图


测试仪器:


电子扫描显微镜/X射线能谱仪

来源:深圳市美信检测技术股份有限公司


应用:

材料组织形貌观察,如断口显微形貌观察,镀层表面形貌观察, 微米级镀层厚度测量,粉体颗粒表面观察,材料晶粒、晶界观察等;


微区化学成分分析,利用电子束与物质作用时产生的特征X射线,来提供样品化学组成方面的信息,可定性、半定量检测大部分元素(Be4-PU94),可进行表面污染物的分析;

显微组织及超微尺寸材料分析,如钢铁材料中诸如马氏体、回火索氏体、下贝氏体等显微组织的观察分析,纳米材料的分析;


在失效分析中主要用于定位失效点, 初步判断材料成分和异物分析。


样品要求:

非磁性或弱磁性,不易潮解且无挥发性的固态样品,小于8CM*8CM*2CM


参考标准:

JYT 010-1996 分析型扫描电子显微镜方法通则;

GB/T 17359-2012微束分析能谱法定量分析。


扫描探针显微镜/原子力显微镜(AFM)


原子力显微镜(AFM)能够表征物体表面三维形貌信息,其横向分辨率可达0.2nm,纵向分辨率可达0.01nm。提供原子或接近原子分辨率的表面图形,是测定埃尺度表面粗糙样本的理想技术。


AFM测试原理图


测试仪器:


原子力显微镜AFM

来源:西安锐思博创应用材料科技有限公司


样品要求:

薄膜样品和表面比较平整的固体可直接测试;

纳米粉末样品需要将其分散到相应的溶剂中,超声分散,晾干后测试。


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,聚焦在小块表面形貌上的表面分析技术。在靠近表面5-20埃范围内化学分析的灵敏度高,高空间分辨率,最小可达到6nm;能探测周期表上He以后的所有元素及元素分布;通过成分变化测量超薄膜厚。

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。多用于半导体行业。


测试仪器: 俄歇电子能谱仪。


俄歇电子能谱仪(AES)

来源:深圳市美信检测技术股份有限公司


工作原理:

原子内某一内层电子被激发电离从而形成空位;一个较高能级的电子跃迁到该空位上;再接着另一个电子被激发发射,形成无辐射跃迁过程,被发射的电子称为Auger电子;俄歇电子能谱仪通过分析Auger电子的能量和数量,信号转化为元素种类和元素含量。


应用:

缺陷分析;颗粒分析;表面分析;小面积深度剖面;工艺控制;薄膜成分分析。


样品要求:

(1)样品最大规格尺寸为1×1×0.5cm,当样品尺寸过大需切割取样;

(2)由于AES测试深度太浅,无法对样品喷金后再测试,所以绝缘的样品不能测试,只能测试导电性较好的样品;

(3)AES元素分析范围Li-U,只能测试无机物质,不能测试有机物物质,检出限0.1%。


具体案例:

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


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),也称电子光谱化学分析仪(ESCA),用来鉴定样品表面的化学性质及组成的分析,其特点在光电子来自表面10nm以内,仅带出表面的化学信息,具有分析区域小、分析深度浅和不破坏样品。


工作原理:

使用X射线去辐射样品,使原子或分子的内层电子或价电子受激发射出来光电子,可以测量光电子的能量和数量,从而获得待测物组成。



测试仪器:


X射线光电子能谱仪/XPS

来源:西安锐思博创应用材料科技有限公司


应用:

(1)表面化学状态识别 ;

(2)除H和He外,所有元素的识别 ;

(3)定量分析,包括样品间化学状态的不同;

(4)适用于多种材料,包括绝缘样品(纸,塑料、玻璃) ;

(5)材料本体水平浓度的深度 ;

(6)氧化物厚度测量。


样品要求:







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