表面・深さ方向の分析方法
[コードNo.07STA016]

■体裁/ B5判上製本 618ページ
■発刊/ 2007年 12月 10日 サイエンス&テクノロジー(株)
■定価/ 63,000円(税込価格)

表面分析について、分析をご専門としていない開発者や製造者の方にも分かりやすく解説!
「どの分析方法を選べばよいか」「どのように測定するのか」「何が分かるのか」を中心にまとめた実用入門書!

<執筆者>
副島啓義(株)島津総合科学研究所
寺谷武(株)住化分析センター
村山順一郎住友金属テクノロジー(株)
長町伸治(株)イオン工学研究所
石井慶造東北大学
柿田和俊(株)日鐵テクノリサーチ
西埜誠(株)島津製作所
石川真起志カメカインスツルメンツ(株)
星孝弘アルバック・ファイ(株)
川田哲エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)
吉見聡(株)島津総合分析試験センター
遠藤徳明日本電子(株)
奥西栄治日本電子(株)
及川哲夫日本電子(株)
真家信(株)住化分析センター
山路功スペクトリス(株)
石井秀司(株)イオン工学研究所
中野辰彦サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)
藤原豊(株)住化分析センター
前田重義(株)日鉄技術情報センター
山ア静夫(株)タッチパネル研究所
酒井千尋日本板硝子テクノリサーチ(株)
柴田典義(財)ファインセラミックスセンター
片桐元(株)東レリサーチセンター
大塚祐二(株)東レリサーチセンター
中川善嗣(株)東レリサーチセンター
尾崎靖国立印刷局研究所
日野実岡山県工業技術センター
村上浩二岡山県工業技術センター
岩村栄治荒川化学工業(株)
福井武久(株)ホソカワ粉体技術研究所
光石一太岡山県工業技術センター
荻野純一(株)東レリサーチセンター
泉由貴子(株)東レリサーチセンター
高橋久美子(株)東レリサーチセンター
増田昭博(株)東レリサーチセンター
冨田理会日本ペイント(株)
木本正樹大阪府立産業技術総合研究所
河合晃長岡技術科学大学
小椋厚志明治大学
杉山直治(株)東芝
富田充裕(株)東芝
吉木昌彦(株)東芝
福井賢一東京工業大学
末広省吾(株)住化分析センター
佐藤恭司大阪府立産業技術総合研究所
片岡厚(独)森林総合研究所
平塚豊(株)日立プラント建設機電エンジニアリング
大和田薫文化女子大学
角田光輝文化女子大学
福山紅陽協和界面科学(株)
鈴木峰晴アルバック・ファイ(株)
新宮一恵ナノサイエンス(株)
林広司(株)島津総合分析試験センター
鷲尾一裕(株)島津製作所
上村正雄豊橋技術科学大学

目  次
第1章 表面分析の選び方
1表面分析の出現と必要性の背景
2何を知りたいのか
3表面分析法とは
3.1電子・イオン・X線の振る舞い
3.1.1電子の主な性質と振る舞い
3.1.2イオンの主な性質と振る舞い
3.1.3X線の主な性質と振る舞い
3.1.4光照射の現象
3.2分析領域
3.2.1主にナノレベル薄層・微小部分析の立場で見た《照射》電子・イオン・X線の性質
3.2.2主にナノレベル微小部分析の立場で見た《信号》電子・イオン・X線の性質
4各種表面分析法の比較と選択
4.1幾つかの比較
第2章 各種分析方法
第1節オージェ電子分光法(AES)
1オージェ電子分光法の原理
2装置構成
3定性・定量分析
3.1試料作成(取り扱い)方法
3.2各種分析モード
3.3データの読み方
4測定困難なケース
4.1揮発性物質の測定
4.2絶縁物の測定
4.3ピークが重複する元素
5分析事例
第2節電子線マイクロアナリシス(EPMA)
1EPMAの原理と装置構成
2特性X線の発生
3X線の分光
4波長分散分光法とエネルギー分散分光法の性能比較
5測定手順
・試料調整 ・定性分析 ・定量分析
6EPMA分析に関する国際標準規格(ISO)制定について
第3節ラザフォード後方散乱法(RBS)
1ラザフォード後方散乱法の原理
2ラザフォード後方散乱法の測定設備
3ERDAとチャンネリングRBS
4測定例と限界
第4節粒子励起X線分光法(PIXE)
1PIXEの原理
2PIXEによる定量分析
3PIXE分析装置
4PIXEの応用
5PIXEカメラ
第5節グロー放電発光分析法(GDS)
1まえがき
2グロー放電発光分光分析法(GD-OES)
3GD-OESによる深さ方向定量分析
・概要 ・グロー放電発光分析法における定量化の原理
・放電源パラメータとマトリックス依存性 ・深さプロファイル
・GD-OESによる定量分析例
第6節蛍光X線分析法(XRF)
1はじめに
2蛍光X線分析の原理
3蛍光X線分析の一般的な特徴
4蛍光X線分析装置の概要
5定性分析
6定量分析
・検量線法 ・FP法
7表面分析を行う際の注意点
第7節二次イオン質量分析法について(SIMS)
1SIMSの概要
・原理 ・SIMSの種類
2SIMS分析の特徴
・長所と短所 ・一次イオンの機能 ・光学設定モード
3SIMSでどのような分析ができるのか
・高質量分解能を必要とする分析例 ・絶縁物分析
4SIMSデータの定量
第8節飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)
1はじめに
2TOF-SIMSの原理とハードウェアー
・TOF-SIMS法の計測原理 ・TOF-SIMS装置ハードウェアーの概観
3TOF-SIMSの各種測定モード
・表面第一層の質量スペクトル ・ケミカルイメージングならびに深さ方向分析
・深さ方向分析
4まとめ
第9節誘導結合高周波プラズマ発光分光分析法(ICP-OES)
1はじめに
2原理と特長
・ICP発光分析法の原理 ・ICPの生成 ・プラズマのドーナツ構造 ・装置の概要
3表面分析への適用
・ウェハー上の薄膜分析 ・レーザーアブレーション/ICP−OES
4おわりに
第10節走査電子顕微鏡(SEM)
1はじめに
2SEMの原理・構造
3SEMの特徴
4SEMの信号
5SEMのコントラスト
6SEMの観察手順と注意点
7SEMデータから分かるもの
8まとめ
第11節透過型電子顕微鏡(TEM)
1はじめに
2TEMの原理と測定手法
3STEMの原理と測定手法
4EDSとEELSの原理
4.1EELSの原理
・EELSで検出される電子の種類
・EELSのスペクトロメータ及びイメージングフィルター
・EELSスペクトルから得られる情報
4.2EDSの原理
5EELSによる分析例
6EDSによる分析例
7おわりに
第12節原子間力顕微鏡(AFM)
1AFMの歴史
2AFMの原理
・カンチレバーについて ・接触式の原理 ・タッピング式の原理
・非接触式の原理
3測定時の注意点
・探針の形状および大きさによる影響 ・試料表面の摩擦力による影響
・探針の磨耗による影響 ・帯電による影響
4表面粗さ
・平均粗さ(Ra) ・十点平均粗さ(Rz) ・最大高さ(Ry) ・二乗平均粗さ(RMS)
5まとめ
第13節X線回折法(XRD)
1はじめに
2X線の基礎
・X線の光学的性質 ・X線の発生 ・X線の吸収・散乱
3X線回折法
・結晶構造 ・X線回折 ・単結晶と多結晶 ・粉末X線回折装置
・試料前処理及び測定
4粉末X線回折パターンからの情報
・定性分析 ・定量分析 ・格子定数の精密化 ・結晶子径/格子歪 ・極点図形
・残留応力 ・薄膜測定 ・薄膜応力の測定 ・結晶化度 ・高温・低温X線回折
・X線反射率測定 ・リートベルト法
5おわりに
第14節X線光電子分光法(ESCA XPS)
・ XPS分析の特徴
・ 角度分解XPS
・ イオンスパッタリング法
・ XPSでの微小領域測定・マッピングについて
第15節フーリエ変換赤外分光法(FT-IR)
1概要
・原理 ・特徴 ・検出能力
2装置
・ハードウェア ・測定手順 ・スペクトルの横軸と縦軸について ・特性吸収帯
3表面、深さ方向分析に適したアクセサリとその応用
・反射法(透過反射、外部反射)
・高感度反射法(IRRAS) − 金属板上の薄膜
・偏光変調高感度反射法(PM-IRRAS)
・全反射法(ATR) − 低反射基板表面の分析
・光音響分光法(PAS) ・顕微赤外法
第16節ラマン分光法
1ラマン分光法の原理
2装置構成
3得られる情報
4長所と短所
5空間分解能
6応用例
・ダイヤモンドライクカーボン(diamond-like carbon:DLC)のラマン
・歪みシリコン測定
第3章 試料ごとの分析方法
第1節金属・合金
1冷延鋼板
1.1鋼板の製造プロセスとSMS及びAESによる表面分析
1.2鋼板表面偏析成分のXPSによる深さ方向の分析
2亜鉛めっき鋼板の表面組成
3ティンフリースチールの水和酸化クロム層のXPSによる解析
4Kovar合金の湿分によるオキシ水酸化膜の角度分解法による定量
5スパッタリングによる金属酸化物の還元
6ステンレス鋼板の表面偏析と光輝焼鈍材の表面制御
7アルミニウムの表面組成と合金成分の表面偏析
8合金めっき皮膜のGDSによる深さ方向分析とその信頼性
第2節プラスチックフィルム表面のFT-IR分析手法
1ATR代替法・FT-IR分析とは
1.1ATR法と対応不可試料
1.2ATR代替法について
1.3試料変換
1.3.1転写
1.3.2溶出
1.3.3削取
2プラスチックフィルム表面分析の実際例
2.1ウレタン系塗膜の加熱転写・IR分析例
2.2フィラー入りアクリル系塗膜の溶解転写・IR分析例
2.3粗面塗膜の溶出転写・IR分析例
2.4シリコーン系塗膜の圧着転写・IR分析例
2.5小面積塗膜の溶出粒状化・IR分析例
2.6フィルム表面膜状物の削取・IR分析例
2.7応急なサンプリングによる対応
第3節ガラスおよびガラス基板を用いた薄膜の分析
1表面分析装置による深さ方向組成分析
2X線回折法による深さ方向の結晶相解析技術
3まとめ
第4節セラミックス
1セラミックスの表面分析
1.1SEM
1.2AFM
1.3FT-IRおよびラマン分光
1.4XPS 、SIMSおよびAES
2セラミックスの深さ分析
2.1XPS、SIMSおよびAES(破壊分析)
2.2RBS(非破壊分析)
3セラミックスの断面TEM観察
第5節カーボン
1はじめに
2ラマンスペクトル
2.1様々なカーボン材料のラマンスペクトル
2.2カーボン材料の微細構造の評価
2.3顕微ラマンを用いた深さ方向分析 −イオン注入した炭素繊維の分析−
2.4フラーレン、カーボンナノチューブ、カルビンのラマンスペクトル
3透過型電子顕微鏡(TEM)法を用いたカーボン材料の評価
3.1TEMの原理と特徴
3.2分析電子顕微鏡(AEM)の原理と特徴
3.3TEM/AEMによるカーボン材料の評価例
4X線光電子分光法(XPS)による表面分析
4.1XPSによるカーボン材料の評価例
4.2さまざまなの物質のC1sピーク形状の比較
5おわり
第6節
1走査型電子顕微鏡(SEM)
2電子線マイクロアナリシス(EPMA)
3X線光電子分光法(XPS)
3.1広域スキャン測定
3.2狭域スキャン測定
4飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)
5赤外全反射吸収法(ATR法)
5.1一回反射ATR法
5.2顕微ATR法
5.3イメージングATR法
6ラマン分光法
7走査プローブ顕微鏡(SPM)
8印刷物の断面分析
8.1インクジェット印刷用紙に浸透したインキの分布状態の観察
8.2EPMAによる用紙断面におけるインキ浸透の解析
第7節めっき
1ウエットプロセスの特徴
2めっきへ利用される表面解析法の種類と特徴
3めっきへの表面・深さ方向分析の適用例
3.1Zn系ハイブリッドめっき皮膜
3.2鉛フリーはんだめっき
3.3Al合金への無電解Ni-Pめっき
3.4マグネシウム合金への陽極酸化皮膜の分析
第8節薄膜における表面・深さ方向の分析方法
1薄膜の分析評価を実施する前に
2薄膜の分析解析における障害
2.1披検体量による問題
2.2空間的スケールによる問題
2.3構造的不均一による問題
2.4表面・界面による問題
2.5測定中の膜質変化による問題
2.6データ解析における問題
3表面の分析
4深さ方向の分析
4.1断面試料作成法
4.2断面試料による微視的構造の観察例
4.3薄膜表面からのエッチングによる評価例
4.4非破壊法による評価例
第9節粉体・微粒子
1粉体の充填性、流動性、付着性
1.1充填性(圧縮度)
1.2安息角
1.3スパチュラ角
1.4凝集度
1.5崩潰角と差角
1.6分散度
1.7引張り破断
2粒子内部構造(深さ方向)評価
2.1試料作製法と電子顕微鏡観察
2.2超薄切片法とTEM観察
2.3イオンビーム加工とSEM、TEM観察
第10節フィラー
1最近におけるフィラーの動向
2フィラーの物理的特性評価
2.1フィラーの粒径
2.2フィラー表面の凹凸状態
2.3フィラー表面の接触角
2.4フィラー表面の表面張力
2.5フィラー懸濁液の沈降体積
2.6ζ−電位
2.7フィラーの湿潤熱
3フィラーの化学的特性評価
3.1電位差滴定法
3.2フィラー表面の塩基性成分
3.3フィラーに含まれる金属不純物
3.4フィラーの固体酸性度
4フィラー表面の水の影響
4.1昇温脱離法
4.2Grignard試薬法
4.3シラン法
4.4リチウムアルミニウムハイドライド法
4.5フィラー表面への固着手法
5フィラーの分散性評価
5.1顕微鏡法
5.2X線マイクロアナライザーによる粒子の分散状態
5.3マイクロフォーカスX線CT装置
5.4マイクロフォーカスX線透視装置
5.5超音波法
5.6走査型プローブ顕微鏡
第11節トナー
1表面の元素分析、化学構造分析の手法
2XPS、TOF-SIMS、FT-IR-ATRを用いた分析事例
2.1XPSによるトナー粒子表面の分析
2.2FT-IR-ATRによる印刷物表面の分析
2.3TOFSIMS、XPS、およびFT-IR-ATRによる、感光ドラム上付着トナーの分析
3表面の形態観察、元素分析の手法
3.1トナーおよび印刷紙の評価に用いる各種顕微鏡
3.2トナー粒子の顕微鏡観察
3.3印刷紙の顕微鏡観察
第12節塗料
1はじめに
2表面方向からの分析
2.1表面で発現する機能に関する解析
2.2薄膜の状態に関する解析
2.3欠陥部位の同定に関する解析
3断面方向からの分析
3.1塗膜外観に関する解析
3.2塗膜構成成分のモルフォロジーに関する解析
4おわりに
第13節接着に関わる分析
1はじめに
2接着部の設計と接着不良
2.1接着剤選択の際の注意点
2.2接着部の設計、接着剤の使い方
2.3接着の工程
2.4接着不良
3接着における分析・解析
3.1接着における分析・評価法
3.2接着剤の分析
3.3接着層における表面偏析
3.4接着表面界面の分析
3.5接着断面の分析
4接着関連の不良解析例
第14節レジスト
1スピンコート法によるレジスト膜形成
2レジスト膜形成に伴う表面硬化層の解析
3微細パターンの接着力とヤング率測定
4シランカップリング処理によるレジストパターンの接着性
5レジストパターンと基板界面に形成された微細空孔 (vacancy)
第15節半導体基板
1はじめに
2外観・形状
3不純物
3.1ドーパント不純物
3.2金属不純物
3.3その他の不純物
4基板上の異物(パーティクル)
5結晶欠陥
6先端機能性基板の分析
7今後の課題
第16節半導体デバイスおよびLSI
1はじめに
2最先端LSIデバイスの研究開発における表面分析技術の役割
2.1概論
2.2シャロージャンクションの分析
2.2.1二次イオン質量分析法(SIMS)によるシャロージャンクションの評価
2.2.2中エネルギーイオン散乱(MEIS)によるシャロージャンクションの評価
2.3極薄ゲート絶縁膜の評価分析
2.3.1SiON絶縁膜の深さ方向の結合状態評価
2.3.2High-k絶縁膜のバンドアライメント評価
3製造プロセスのエラーに起因する不良解析
4おわりに
第17節触媒
1構造
1.1透過電子顕微鏡(TEM), 走査電子顕微鏡(SEM)
1.2X線回折(XRD)
2組成・電子状態
2.1X線光電子分光(XPS)
2.2紫外可視分光(UV-VIS)
3反応性
3.1赤外吸収分光(IR)
3.2ラマン分光
4局所構造
4.1X線吸収微細構造(XAFS)
4.2走査トンネル顕微鏡(STM)・原子間力顕微鏡(AFM)
第18節電池材料(MEA)
1MEAの高分解能EPMA分析
1.1高分解能電子線マイクロアナライザ(FE-EPMA)について
1.2FE-EPMAによるMEA断面構造解析例
2X線顕微鏡による内部構造観察
2.1X線マイクロCTの原理およびMEA立体内部構造観察例
2.2放射光によるX線イメージング(屈折コントラストによる観察)
第19節表面分析法を用いた記憶媒体の測定事例
― 磁気ディスクドライブを中心に ―
1はじめに
2磁気ディスク最表面の潤滑膜の評価
2.1潤滑膜厚の評価
2.2潤滑剤の種類の判定
2.3潤滑剤の分子量などの推定
2.4潤滑膜中の添加剤評価
3ディスク表面の保護膜評価
4深さ方向分析を用いた磁性膜評価
5磁気ディスクヘッド表面の評価
5.1ヘッド保護膜の磨耗評価
5.2ヘッド表面を中心とした汚染評価
6まとめ
第20節皮革
1加脂剤の分子サイズとコラーゲン構造
2加脂革のXPS測定
2.1革試料と前処理方法
2.2MAPとクロム革との結合性
2.3MAP加脂革表面の化学組成
2.4MAP分子の革表面における配向
2.4.1角度依存性と深さ方向の元素組成
2.4.2測定深さとアルキル鎖配向
3MAP結合と種々の機能性との関係
3.1MAP結合模式図
3.2動的耐水性
3.3透湿性、吸湿性および吸水性
3.4繊維の疎水化と柔軟性の関係
第21節木材
1木材の細胞壁構造と表面
1.1木材の成分と細胞壁構造
1.2木材の3断面と内部の表面
2細胞壁内部の分析
2.1細胞壁の層構造を区別するための試料調製法
2.2分析例
3木材の表面および深さ分析
3.1組織構造の影響
3.2木材表面の分析例
3.3木材表層の深さ分析例
第22節有害物質
1はじめに
2グリーン調達における有害物質の分析
2.1RoHS関連
2.2ELV関連
3IECによるRoHS試験法の標準化
4蛍光X線分析による各種試料のスクリーニング分析
4.1樹脂
4.2金属
4.3鉛フリーはんだ
4.4めっきなどの薄膜試料
5精密化学分析法
5.1Pb,Cdの分析方法
5.1.1高分子材料
5.1.2金属
5.1.3電子材料
5.2水銀の分析方法
5.36価クロムの分析方法
5.4特定臭素系難燃剤の分析方法
6おわりに
第4章 目的別分析方法
第1節汚れ分析
1有機汚れの分析
2残存無機(金属、イオン)汚れの定量法
第2節洗浄効果の評価技術
1はじめに
2洗浄の評価技術の概要
3洗浄後の表面を観察して評価する方法
3.1秤量法
3.2水に対するぬれの状態から評価する方法
3.3表面の化学反応を利用する方法
3.4物理的な方法による評価
3.4.1光を入射プローブとする方法
3.4.2電子を入射プローブとする方法
3.4.3イオンを入射プローブとする方法
4洗浄後の表面に残っている汚れを洗い出し、洗い出された汚れを計測する方法
5おわりに
第3節ぬれ性評価
1はじめに
2ぬれ性と接触角
3種々の接触角
3.1静的接触角
3.2動的接触角
4基本原理と解析手法
4.1液滴法
4.2拡張収縮法
4.3転落法(滑落法)
4.4V-r法
4.5その他
5接触角測定の特徴
6適用分野
7測定上の注意点・問題点
8おわりに
第4節深さ方向分析
1深さ方向分析の分類
2界面分解能の評価、表面あれの低減、スパッタリング速度の測定
3非破壊深さ方向分析
4損傷を低減した深さ方向分析
第5節不純物深さ方向分析
1はじめに
2Si半導体材料中のドーパント深さ方向測定
3SiC材料中の不純物分析
4極浅表面の不純物分析と趙薄膜の測定
5化合物半導体膜中の不純物分析
6TOF-SIMS分析による半導体表面の汚染
7電子材料以外の材料へのTOF-SIMS分析応用例
8おわりに
第6節異物分析
1異物の分析手法
2異物試料の前処理
2.1マイクロマニピュレーター
2.2マイクロミクロトーム
2.3異物の埋込みと研磨
3異物分析のデータ例
3.1顕微赤外分光法による分析データ例
3.2電子線マイクロアナリシス法による分析データ例
3.3異物の観察例
第7節劣化評価
1飛行時間型2次イオン質量分析計(TOF-SIMS)
1.1TOF-SIMSとは
1.2応用例 −PETフィルム表面のオリゴマー分布分析−
2X線光電子分光法(XPS)
2.1XPSとは
2.2C60+イオンエッチングの特徴
2.3応用例 −C60+イオンエッチングを用いたポリアクリル酸の分析−
3フーリエ変換赤外分光法(FT-IR)
3.1FT-IRとは
3.2全反射吸収法(ATR)の原理
3.3深さ方向分析
3.4応用例 −ポリカーボネートの光劣化の解析−
3.5応用例 −ポリイミド上の銅配線界面の分析−
4ラマン分光法
4.1ラマン分光法とは
4.2応用例 −近赤外顕微ラマン分光法による天然ゴムの劣化解析−
第8節耐食性評価
1鋼板の塗装耐食性と表面の制御因子
1.1リン酸塩化成処理と塗装耐食性
1.2リン酸塩皮膜構造と皮膜形成の支配因子
2亜鉛めっき鋼板の表面組成と耐食性
2.1亜鉛めっき鋼板の接着耐久性と粒界腐食
2.2亜鉛めっき鋼板のリン酸塩処理
2.3クロメート処理
2.4ノンクロメート処理
第9節比表面積と細孔分布測定
1ガス吸着法
1.1吸脱着等温線
1.2ヒステリシス
1.3測定手法と前処理
1.3.1容量法
1.3.2重量法
1.3.3流動法
1.3.4前処理(脱ガス処理)
1.4吸着等温線の解析方法−比表面積、細孔分布の計算
1.4.1BET法−代表的な比表面積計算法
1.4.2tプロットとMP法−実験式に基づくマイクロポア評価法
1.4.3Horvath-Kawazoe法(HK法)他−マイクロポア分布解析法
1.4.4マイクロポア分布解析法の使い分けと制約
1.4.5毛管凝縮現象を利用する方法−メソポア、マクロポアの解析方法
1.4.6DFT法(Density Functional Theory)
2水銀圧入法
第10節摩擦の評価
1Fe-Cr-Cu粉末焼結材料の500℃での摩擦面の分析
1.1摩擦試験と分析の目的
1.2分析機器の選択
1.3分析手順
1.4分析結果および結果から分かること
1.5FE-AESによる摩耗粉の分析
2二硫化モリブデンで潤滑した摩擦面の分析
2.1摩擦試験と分析の目的
2.2分析機器の選択
2.3分析手順
2.4分析結果および結果から分かること

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