材料现代表面分析技术常用方法及各自的用途

一、材料现代表面分析技术常用方法及各自的用途

表面分析与测试是以获得固体表面（包括薄膜、涂层）成分、组织、结构及表面电子态等信息为目的的试验技术与方法。基于电磁辐射和运动粒子束（或场）与物质相互作用的各种性质而建立起来的分析方法构成了现代表面分析方法的主要部分，大致可分为衍射分析、电子显微分析、扫描探针分析、电子能谱分析、光谱分析及粒子质谱分析等几类。

1 分类

表面分析方法是用一个探束(光子或原子、电子、离子等)或探针(机械加电场)去探测样品表面并在两者相互作用时，从样品表面发射及散射电子、离子、中性粒子(原子或分子)与光子等，检测这些微粒(电子、离子、光子或中性粒子等)的能量、质荷比、束流强度等，就可以得到样品表面的形貌、原子结构(即排列)、化学组成、价态和电子态(即电子结构)等信息。

（1）表面“形貌”分析指“宏观”几何外形分析。主要应用电子、离子显微镜进行观察分析，当显微镜的分辨率达到原子级时，可观察到原子排列，这时“形貌”分析和结构分析之间就没有明确的分界。有扫描电子显微镜、离子诱导扫描电子显微镜、场离子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等。

（2）表面成分分析包括表面元素组成及元素在表面与沿纵向深度分布、表面元素的化学态。用于表面成分分析的方法主要：有电子探针X射线显微分析、X射线光电子能谱、俄歇电子能谱、电子探针、二次离子质谱、离子散射谱等。

（3）表面结构分析研究表面晶体原子排列、晶体大小、晶体取向、结晶对称性以及原子在晶胞中位置等晶体结构信息。主要采用的衍射方法有X射线衍射、电子衍射、中子衍射等。

（4）表面电子态分析主要是对表面原子或吸附粒子的吸附能、振动状态以及他们在表面的扩散运动等能量或势态的分析。主要有紫外光电子谱、X射线光电子能谱等。

2 主要几种分析方法的用途

分析方法名称主要用途

透射电子显微镜TEM 形貌分析、晶格结构分析、成分分析

X射线光电子能谱表面组分分析、化学态分析

原子力显微镜AFM 表面形貌与结构分析、表面原子间力和表面力学性质

的测定

扫描电子显微镜SEM 表面形貌与结构

二、扫描电子显微镜SEM工作原理、适用范围及特点

1扫描电子显微镜SEM的基本原理：

扫描电子显微镜的成像原理是利用聚焦的电子束在样品表面扫描时激发出来的各种物理信号调制成像。扫描电镜的有点的景深长，视野调节范围宽，制备样品简单。

2 扫描电子显微镜SEM的应用

SEM是一种大型精密仪器，为微观世界的探索提供了一种新的研究手段，不仅用于植物学、医学、微生物学、古生物学、考古学、材料学、化学、物理学、电子学、地址矿物学、食品科学等领域，而且还广泛的应用到半导体工业、陶瓷工业、化学工业、石油工业等生产部门。随其普及和发展。SEM已经成为广泛的测试手段，并且在基础研究和应用研究生取得了显著成果。

3 扫描电子显微镜SEM的特点

（1）高分辨率。由于超高真空技术的发展，场发射电子枪的应用得到普及，现代先进的扫描电镜的分辨率已经达到1纳米左右。

（2）有较高的放大倍数。

（3）有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构。

（4）试样制备简单。

（5）配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织形貌的观察和微区成分分析。