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【表面分析】有機薄膜の深さ方向分析が可能です ~ESCA(XPS)~ (030)
C60クラスターイオンをスパッタ源に用いたESCA(XPS)分析により、有機材料の深さ方向分析が実現できます。この表面分析技術を利用することで、有機材料を構成する元素および官能基についての深さ方向の濃度分布を得ることができます。ここでは、ポリエチレンテレフタレート(PET)上に成膜したフッ素薄膜およびポリエチレンオキサイド(PEO)/PS(ポリスチレン)多層薄膜を深さ方向分析した事例を紹介します。
分析事例1:フッ素系有機薄膜の深さ方向分析_ESCA(XPS)
フッ素系薄膜の深さ方向分析結果を図1に、深さ方向におけるC1sスペクトルのピークモンタージュを図2に示します。デプスプロファイルより、フッ素系薄膜は約40nm(ETFE換算値)の厚みで形成されていることが示唆されます。また、C1sスペクトルからフッ素系薄膜はC-C, CH2-CF2, CF2-CF, CF2など多種の結合が混在する化学組成であることが判ります。

    (左図)図1 フッ素系薄膜/PETのデプスプロファイル
    (右図)図2 深さ方向におけるC1sスペクトルのピークモンタージュ
分析事例2:ポリエチレンオキサイド(PEO)/ポリスチレン(PS)多層薄膜の深さ方向分析_ESCA(XPS)
膜構成がPEO/PS/PET基材〔図3〕の有機多層膜について深さ方向分析を行いました。図4に示す深さ方向におけるC1sスペクトルのピークモンタージュから、PET上には表面側からC-O結合のみの層、その下はC-C結合とπ-π*で構成される層の存在を確認できています。また、化学結合状態別のデプスプロファイルでは、各官能基の深さ方向分布を明らかにし、PEOとPSそしてPET基材を区別することが可能です〔図5〕。

図3 PEO/PS/PETの断面TEM像


    (左図)図4 深さ方向におけるC1sスペクトルのピークモンタージュ
    (右図)図5 化学結合状態別のデプスプロファイル


高分子分析の中で、フッ素系有機薄膜、PEO/PS多層薄膜を例に、C60クラスターイオンをスパッタ源に用いたESCA(XPS)分析による有機薄膜の深さ方向分析の事例をご紹介しました。
ESCA(XPS)分析で窒化シリコンに囲まれた直径50μm程度のAlパッド表面について、不純物元素とその化学結合状態を評価した事例もございます。
 ⇒電子材料の局所表面が化学状態までわかります_ESCA(XPS)(018)

 ⇒サブミクロンの微小部の化学状態がわかります_FE-AES(083)
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