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各種分析手法の情報深さ

各種分析手法の情報深さ

表面分析では、固体に電子線やX線、イオンビームなどを照射し、固体とそれらプローブ信号との相互作用により発生する、電子や光、イオンなどからの情報を解析することにより、表面の組成や構造に関する情報を得ることができます。固体表面から得られるこれらの信号は、固体表面との相互作用の種類により、得られる情報深さが異なります。そのためEAGでまとめた各種表面分析手法とその情報深さの図を用いることで、得られる情報深さを手法別に知ることができます。

図中では、表面からの深さを便宜的に「表面(図中赤色)」、「表層(表面より10nm程度:図中黄色)」、「薄膜(表面から100nm程度:図中緑色)」、「厚膜(表面から1000nm程度:図中青色)」、「バルク(固体内部:図中藤色)」とし、各手法別にまとめています。

最表面の構造を調査する手法としては、探針を試料表面に近づける事で、固体表面との原子間力を測定する事により表面の原子配列を調べるAFM(Atomic Force Microscope)があります。また、試料表面上に付着した数十nmオーダーのパーティクルを分析する手法としては、AES分析(Auger Electron Spectroscopy)があります。AES分析は表面から得られる情報深さが、10nm程度であるため、数十nmレベルのパーティクルから得られる信号を取られる事が可能です。同様のケースとして、SEM(Scanning Electron Microscope)でパーティクルを観察した場合、その組成をSEMに搭載されているエネルギー分散型X線分光器EDS(Energy Dispersive X-ray Spectrometer)で測定しますが、EDSの情報深さは1um程度に及ぶため、パーティクルサイズによっては、基板からの情報量が多くなり、パーティクル由来の情報を正確に得ることが困難となります。測定パーティクルサイズに対して、適切な分析手法を選択する事が重要となる例です。

さらに図中では、スパッタリングを併用する事で深さ方向分布を得られる測定手法を矢印で示しています。二次イオン質量分析SIMS(Secondary ion mass spectrometry)は、試料表面に照射する一次イオンのエネルギーを数100eVから20keV程度まで変えることで、着目する深さの濃度分布を評価する事が可能です。

分析の情報深さ、分析領域と検出下限の関係がわかるバブルチャートを併用する事で分析手法を選択するときの目安に役立ちます。

バブルチャート
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