2017/11/30実用表面分析セミナー2017

DF-SIMSおよびTOF-SIMSを用いた分析事例

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株式会社コベルコ科研技術本部 材料ソリューション事業部

黒田 真矢

2017/11/30実用表面分析セミナー2017目次

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・SIMSの原理

・装置の特徴

・TOF-SIMS分析事例紹介

①ポリイミド表面の特性改善調査

②マッピング分析事例

・DF-SIMS分析事例紹介

①鉄鋼材料に対する高感度マッピング分析事例

②軽元素マッピング分析例

2017/11/30実用表面分析セミナー2017SIMSの原理

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質量分析

一次イオン

二次イオン

◆H～Uまで全元素◆同位体別◆高感度（ppm, ppb）

SIMSの分類・分析手法の違い ⇒ ダイナミック、スタティック・質量分析計の種類 ⇒ 二重収束型（セクター型）、

四重極型、飛行時間型

二次イオン質量分析法 ：（SIMS ： Secondary Ion Mass Spectrometry）固体表面にイオンを入射させ、その衝突とスパッタリングにより発生した二次イオンを質量分離し検出する測定法

2017/11/30実用表面分析セミナー2017装置の特徴

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DF-SIMS二重収束型（セクター型）SIMS

TOF-SIMS飛行時間型SIMS

検出器

サンプル

一次イオンガンCs, O2など

偏向電場 偏向磁場

チャンネルプレート蛍光スクリーン

一次イオンガンLIMG：Biなど

スパッタガンCs, Arなど

サンプル

検出器

リフレクター

特徴 ・高感度（ppm～ppbオーダー）・連続スパッタのため、

ガス成分の下限値が良い

特徴 ・高感度（ppm～ppbオーダー）・パルススパッタのため、

最表面のみの定性情報を見ることが可能・分子フラグメント情報を得ることができる

2017/11/30実用表面分析セミナー2017目次

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・SIMSの原理

・装置の特徴

・TOF-SIMS分析事例紹介

①ポリイミド表面の特性改善調査

②マッピング分析事例

・DF-SIMS分析事例紹介

①鉄鋼材料に対する高感度マッピング分析事例

②軽元素マッピング分析例

2017/11/30実用表面分析セミナー2017TOF分析事例①背景

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分析事例：TOF-SIMS分析ポリイミド表面の特性改善調査

ポリイミド（PI）・・・耐熱性、高絶縁性、耐薬品性といった優れた特性を多く持つ有機高分子材料

→フレキシブル基板などの様々な製品に用いられている

疎水性 親水性PI基板

水滴

表面特性改善要因→TOF-SIMSで調べる

メッキ不良等の原因

改質

2017/11/30実用表面分析セミナー2017TOF分析事例①実施内容

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表面改質処理方法・酸素プラズマによるアッシング

測定方法装置：ION-TOF社製 TOF-SIMS5

・一次イオン：Bi3＋＋ 25keV・二次イオン：正イオン検出・分析範囲：500μm□

分析試料・表面改質処理前後 ポリイミド／ガラス基板試料

2017/11/30実用表面分析セミナー2017TOF分析事例①結果－１

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O2アッシング なし

O2アッシング あり親水性の高いアンモニウムイオンが増加

質量数の高い分子イオンが減少

質量数の低い分子イオンが増加

2017/11/30実用表面分析セミナー2017

18NH4+ 57C4H9+ 74C4H12N+

O2アッシングなし

O2アッシングあり

TOF分析事例①結果－２

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2017/11/30実用表面分析セミナー2017

光顕写真 59C2H3O2－ 71C3H3O2－

80SO3－ 171C7H7SO3－ 183C8H7SO3－

TOF分析事例②マッピング分析

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台所用洗剤

2017/11/30実用表面分析セミナー2017目次

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・SIMSの原理

・装置の特徴

・TOF-SIMS分析事例紹介

①ポリイミド表面の特性改善調査

②マッピング分析事例

・DF-SIMS分析事例紹介

①鉄鋼材料に対する高感度マッピング分析事例

②軽元素マッピング分析例

2017/11/30実用表面分析セミナー2017DF分析事例①背景

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分析事例：DF-SIMS分析鉄鋼材料に対する高感度マッピング分析

鉄鋼

純鉄

鋳鉄

炭素鋼

・クロムモリブデン鋼 → 自転車フレーム等に使用される炭素鋼純度≧97％（＋Cr, Mo添加）

・工業用純鉄 → 鉄鉱石から精製した純鉄純度：99.5%

・電解鉄 → 電解析出によって得られる純鉄純度：99.999%

種類

炭素濃度：0.02%以下

炭素濃度：0.02～2.14%

炭素濃度：2.14%以上分析サンプル

2017/11/30実用表面分析セミナー2017DF分析事例①実施内容

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試料調製方法・エポキシ系樹脂に試料を包埋・粗研磨 → 精密研磨 → 仕上げ研磨

測定方法装置：AMETEK社製 CAMECA IMS-7F

・一次イオン：O2＋ 10keV・二次イオン：正イオン検出・分析範囲：100μm□

分析試料・クロムモリブデン鋼、工業用純鉄、電解鉄

2017/11/30実用表面分析セミナー2017DF分析事例①結果－１

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Fe

クロモリ鋼 工業用純鉄 電解鉄

面方位や粒内・粒界といった違いで、スパッタレートやイオン化率が変化⇒SEMなどの組織情報と対比させることで、組織内での偏析箇所などを特定することができる

2017/11/30実用表面分析セミナー2017DF分析事例①結果－２

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Mn

クロモリ鋼 工業用純鉄 電解鉄

粒内に固溶している微量元素と同時に、点在状に存在している微小介在物などを見ることができる

⇒固溶濃度とともに介在物の存在頻度などを視覚的に評価することが可能

2017/11/30実用表面分析セミナー2017DF分析事例②軽元素面分析

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2D-

26CN- 31P-42BO2-

市販の二相ステンレス鋼（SUS329J4L）を用いて、

フェライト（α）とオーステナイト（γ）の微視組織に対応した

微量軽元素の分布を評価

＊重水素（D）は弊社にて陰極電解チャージした