新技術説明会 【EDX分析】 必見！ 進化し続けるEDX分析 ＜アプリケーション・新相分析ソフトによる分析事例をご紹介＞ 株式会社 堀場製作所 エネルギー分散型X線分析装置（EDX） EDX検出器の進歩 3109－7508－2 エネルギー分散型X線分析法 Energy Dispersive X-ray Spectroscopy 3109－7508－3 シリコンドリフト 検出器（SDD） Si（Li）検出器 2005年～ 1970年～ X線処理 スピード 大面積シリコンドリフト 検出器（SDD） 現在 検出素子の 大面積化 SDD 大面積SDD 高速分析、低加速電圧 高倍率分析が可能に！ 高速X線処理 →分析スピード向上 Si（Li）検出器 SEM：日立ハイテクノロジーズ製 SU8220 検出素子面積 EDX：X-MaxN150 © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. X線マッピング機能の進歩 ROI Map （1970年～） 指定元素のピークカウントのみを収集 指定元素以外の情報は得られない 各ピクセルでスペクトルを収集 全元素情報が得られる En y 10 23 21 12 20 19 10 20 18 TruMap スペクトルマップ （2000年～） Cr-Ka g er y 3109－7508－5 （現在） Ⅰ シリコンドリフト検出器（SDD）の原理と特長 各スペクトルのバッググランド処理 ピーク分離をリアルタイムに実施 バッググランドやピークオーバー ラップの影響を排除したマップが得 られる。 Ⅱ 大面積SDD X-MaxNの特長とアプリケーション ＰｂＳ y S-Kα x 目次 3109－7508－4 Ⅲ 自動相分析の特長とアプリケーション Pb-Mα x 自動相分析 Ⅳ X-MaxN150と自動相分析のアプリケーション 相分離図 各ピクセルの元素情報に基づき 各ピクセルを相ごとに分類 リアルタイムに相分離図が得られる © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. SDD素子 © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. SDDの動作原理 3109－7508－6 3109－7508－7 ■構造（SDD： Silicon Drift Detector） 同心円状の電極構造により内部電場を中心部の電荷収集電極に集中 ■特徴 ・静電容量が非常に小さい 短い時定数でも分解能が良い 高計数率の信号取込可能 高温（～-10℃）でも動作可能 ペルチェで冷却 （液体窒素レス動作） ・検出素子の大面積化が可能 X線 電子 正孔 P層 SDD検出素子+FET+ぺルチェ素子 SDD検出素子構造図 © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 1 I層 N層 Si（Li）検出素子構造図 大面積SDD検出器X-MaxNの特長 大面積SDD ＋ 同一条件における各素子のスペクトル比較 3109－7508－8 すべての素子面積で同一のエネルギー分解能を実現 高エネルギー分解能 Mnスペクトル比較 試料：Mn 素子面積に比例し X線計数率が増加 X線計数率 大面積SDD 3109－7508－9 （有効素子面積 20mm2、50mm2、80mm2、150mm2） 高エネルギー分解能 すべての素子においてMn分解能127eVを保障！ （20、50、80mm2は124eV仕様あり） 低エネルギーX線の高感度検出 X線エネルギー © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 高エネルギー分解能検出器のメリット 3109－7508－10 Si 3109－7508－11 高いエネルギー分解能 （Mn-Kα：127eV、124eV(プレミアム）） 分解能の違いは低エネルギー領域ほど顕著に現れる Si-K 黒：127eV 青：133eV Cu-L Ni-L Zn-L エネルギー分解能(keV) X-MaxN150の低エネルギー領域のスペクトル Mn-Kα 180 黒：127eV 青：133eV 160 140 120 100 80 Ni-L：0.853keV Cu-L：0.928keV Zn-L：1.012keV 60 40 Mn:5.894keV Mn-Kβ 20 Be-K Si-L C-K 0 0 N--L、Cu-L、Zn-Lの比較 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 特性X線のエネルギー （keV） Mn-Kの比較 O-K 低加速電圧による微小部、最表面分析に威力を発揮する 低エネルギーX線のSi‐Lピークを検出 © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 目次 © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. X-MaxNのアプリケーション 3109－7508－12 低加速電圧による、高空間分解能の分析 Ⅰ シリコンドリフト検出器（SDD）の原理と特長 低加速電圧による、最表面の分析 Ⅱ 大面積SDD X-MaxNの特長とアプリケーション 低ビーム電流による、低ダメージ 低コンタミネーションの分析 Ⅲ 自動相分析の特長とアプリケーション Ⅳ X-MaxN150と自動相分析のアプリケーション © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 2 3109－7508－13 高空間分解能の分析 加速電圧と空間分解能の関係 3109－7508－15 試料：Ni合金 試料：Si 加速電圧：20kV 加速電圧：10kV 加速電圧：5kV 加速電圧と空間分解能の関係 3109－7508－14 x1.0k x20.0k モンテカルロシミュレーション：Ni ～400nm ～4000nm ～1500nm 高 低 空間分解能 500nm 加速電圧：20kV 低加速電圧では高い空間分解能で分析することが可能 © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 加速電圧：5kV © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 加速電圧によるマッピング像の比較 加速電圧：5、20ｋV 測定倍率：ｘ20k 測定時間：5分 EDX：X-Max80 SEM：SU8000 X-MaxNのアプリケーション 3109－7508－16 3109－7508－17 低加速電圧による、高空間分解能の分析 測定倍率 x1.0k Cr_L 低加速電圧による、最表面の分析 測定倍率 x20k Ni_L W_M 加速電圧 5kV 5kV Cr_K 5kV 5kV 500nm 20kV 低ビーム電流による、低ダメージ 低コンタミネーションの分析 5kV W_M Ni_K 加速電圧 20kV 20kV 20kV 500nm 20kV モンテカルロシミュレーションによる 試料内電子拡散の様子（試料 Ｎｉ） 低加速電圧、高倍率のマッピングをわずか5分で取得できた © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 低加速電圧による最表面分析 X-MaxN150による光触媒繊維最表面分析 3109－7508－18 3109－7508－19 光触媒繊維の最表面分析 C_K 3kV O_K O-K C-K 加速電圧：3kV 測定時間：9分 Ti_L １μm Ti-L 50nm SEM像 ※赤線の領域をマッピング分析 しました。 15kV １μm C_K スペクトル O_K C-K : 277eV Ti-L : 395eV O-K ： 523eV Ti_L モンテカルロシミュレーションによる 試料内電子拡散の様子 （試料TiO2、加速電圧：3kV、15kV） 試料最表面の状態を確認するには低加速電圧が有効 加速電圧3kVで繊維表面の触媒の偏析を確認できた 最表面のTiO2の分布を明瞭に確認 © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 3 エネルギー差 118eV 128eV 分解能の違いが分析結果に与える影響 素子面積の違いが分析結果に与える影響 3109－7508－20 Ti_L Ti_L X-MaxN150 C-K X-MaxN150 O-K O_ エネルギー分解能 127eV K 素子面積 150mm2 測定時間：9分 C-K エネルギー分解能 127eV 素子面積 150mm2 測定時間：9分 Ti-L エネルギー分解能 の違いを比較 O-K Ti-L 素子面積の 違いを比較 X線計数率が減少 低エネルギーX線のピークがオーバーラップ エネルギー分解能 129eV 素子面積 10mm2 測定時間：130分 3109－7508－21 Ti_L C-K Ti_L 素子面積50mm2 O-K C-K エネルギー分解能127eV 測定時間：9分 Ti-L O-K Ti-L ※ 同一のX線カウントになるように 測定時間を設定 © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. X-MaxNのアプリケーション 電子線照射によるＥＤＸ分析への影響 3109－7508－22 3109－7508－23 低加速電圧による、高空間分解能の分析 低加速電圧による、最表面分析 低ビーム電流による、低ダメージ 低コンタミネーションの分析 © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. Ｘ-ＭaxＮ80を用いた低ビームダメージ分析 フッ素系樹脂（無機物含有） ※同一入力計数率にするためにビーム電流を調整 X-MaxN80（低ﾋﾞｰﾑ電流） 加速電圧 測定倍率 測定時間 Ｘ-ＭaxＮ80を用いた低ビームダメージ分析 3109－7508－24 ：15kV ビーム電流 ：50ｐA（X-Max80） 400ｐA（10㎜2 SDD） ：x2.0k ：10分 入力計数率 ：1.5kcps 従来SDD X-MaxN80 従来SDD（素子面積10mm2） 素子面積10mm2（高ﾋﾞｰﾑ電流） 30μm 30μm SEM像（測定前） SEM像（測定前） SEM像（測定前） SEM像（測定後） O-K F-K 30μm 30μm 30μm 30μm 黄線：ﾏｯﾌﾟ測定前 赤線：ﾏｯﾌﾟﾞ測定後 SEM像（測定後） 30μm 30μm SEM像（測定後） SEM像（測定前） 黄線：ﾏｯﾌﾟ測定前 赤線：ﾏｯﾌﾟﾞ測定後 N，O強度の減少 O O-K F-K N X-MaxＮは低ビーム電流で分析可能 SEM像（測定後） O 30μm C 30μm 3109－7508－25 30μm C F Mg N F Al X-MaxN80の場合、低ビーム電流で分析できるため 形態や組成の変化を大幅に低減できた。 30μm → 低ダメージの分析に威力を発揮 © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 4 Mg Al 目次 自動相分析 3109－7508－26 3109－7508－27 自動かつリアルタイムに相分析を実行 Ⅰ シリコンドリフト検出器（SDD）の原理と特長 Ⅱ 大面積SDD X-MaxNの特長とアプリケーション Ⅲ 自動相分析の特長とアプリケーション Ⅳ X-MaxN150と自動相分析のアプリケーション © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 相分析とは （花崗岩のマッピング結果） 相分析とは （花崗岩の相分析結果） 3109－7508－28 光学顕微鏡写真 試料：花崗岩 花崗岩は、石英、長石、閃石など 様々は鉱物で構成されている。 加速電圧：15kV 5 相分析結果 斜長石 1 カリ長石 KAlSi3O8 NaAlSi3O8、CaAl2SiO2O8の固溶 体 測定倍率：x100 3109－7508－29 Si Si BSE像 O 元素マップ結果 Al O O Na Si 4 K Ca Na Mg K Na 斜長石 3 ２ 石英 NaAlSi3O8、CaAl2SiO2O8の固溶体 SiO2 K Al Al 角閃石 Ca2(Mg,Fe)4Al(AlSi7O22)(OH)2 Si Fe Si O O O Mg Si Al Al Na K Al Ca Fe K Ca Ti Fe 相分析は、各相の分布を可視化する事ができる © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 自動相分析から得られる情報 Pbフリーはんだ接合界面の分析 3109－7508－30 各相の相分離図、スペクトル、定量値、面積率が得られる 3109－7508－31 Sn P Ni Cu Ag Au 試料：Pbフリーはんだ接合界面 加速電圧：10kV 測定倍率：x3.0ｋ SEM像 相分離図 スペクトル、定量結果 相1 相1 相2 相2 面積率 リアルタイム自動相分析 相分離図 ・ ・ ・ ・ ・ ・ © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 1 はんだ 5 AgSn合金 2 NiCuSn金属間化合物 (Ni rich) 6 SnAu合金 3 NiP 層 7 NiCuSn 金属間化合物 (Cu リッチ) 4 Cu 配線 8 NiP めっき (P rich) 9 Pd 層 © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 5 Pbフリーはんだ接合界面の分析 Pbフリーはんだ接合界面の分析 3109－7508－32 3109－7508－33 相分離図 スペクトル比較（Pd含有層/サムスペクトル） Pd含有層の相分離図 膜厚の非常に薄い層を検出 Ni 膜厚～0.2μm Pd濃度～2％ ライン分析結果 NiPメッキ Cuメッキ 質量濃度（mass%） 質量濃度（mass%） CuNiSn 金属間化合物 Ni Pd Sn Pdのマッピング C 15 P Pd含有層の相分離図 Pd-L Pd Sn Sn Cuメッキ NiPメッキ 10 黄：Pd含有層のスペクトル Sn 赤：分析領域全体のサムスペクトル P Cu Ag Pd含有相 膜厚～0.2μm NiPメッキ（Pリッチ） Cu Ag Ni 5 0 5.5 位置（μm） 6 6.5 7 位置（μm） 7.5 分析領域全体のサムスペクトルで検出できないPd含有層を検出 マッピングでは見落としていた元素を検出できた 面積率の小さな相の検出が可能 © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 相の確認、編集機能 相の確認、編集機能 3109－7508－34 3109－7508－35 主成分散布図: 元素情報を集約した軸（主成分軸）で構成される散布図 相分離図 試料：Ni合金 測定倍率：x1k 各相の組成的な位置関係が2次元上に表現できる 第1主成分 W：増加 因子負荷量 主成分散布図 Wリッチ相 相の確認編集機能 第2主成分 Cr：増加 Ni：減少 Ni増加 Ni Cr増加 Ni減少 Cr Cr減少 主成分散布図上での相の組成的な位置関係の確認や編集を行う © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 相の確認、編集機能 目次 3109－7508－36 3109－7508－37 相1 相1 第1主成分 主成分散布図 W：増加 Ⅰ シリコンドリフト検出器（SDD）の原理と特長 相2 Ⅱ 大面積SDD X-MaxNの特長とアプリケーション 相3 相3´ Ⅲ 自動相分析の特長とアプリケーション 第2主成分 Cr：増加 Ni：減少 Ⅳ X-MaxN150と自動相分析のアプリケーション ・散布図、スペクトルより、相2は相3と組成的に近似している相であることがわかる ・相2は電子線の拡散影響から、生じた相の可能性がある ・分析者が散布図上で相の編集が可能 © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 6 X-MaxN150+自動相分析のアプリケーション 試料：ビタミン剤 X-MaxN150+自動相分析のアプリケーション 3109－7508－38 C ビタミン剤のマッピング結果 N 分析の課題 3109－7508－39 BSE像 C、Nのスペクトル（赤：C 黄色：N） C-K N-K Mg-K Cl-K Na-K S-K 測定条件 加速電圧7kV 測定倍率x150 測定時間：15分 熱ダメージを受けやすい 主成分のでんぷん中に、ビタミンC、ビタミンB、たんぱく質などの 様々な有機物が含有されている たんぱく質、ビタミンBは、Nを含有しNの検出有無の判断が重要 ・軽元素Nの分布を明瞭に確認 ・熱ダメージの大きな試料でもダメージなく分析可能 X-MaxN150と自動相分析でビタミン中の添加物を分析 © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. ビームダメージの比較 X-MaxN150+自動相分析のアプリケーション 3109－7508－40 測定後の試料表面の比較 X-MaxN150 3109－7508－41 ビタミン剤の自動相分析結果 素子面積 50mm2 相分離図 1 炭水化物 4 ビタミンB群 5 たんぱく質 （システイン、シスチン） （でんぷん） 2 ビタミンC （アスコルビン酸Na） 3 ステアリン酸Mg 6 スクラロース ビーム電流：1.2nA ビーム電流：0.4nA 同一計数率で 測定 1 電子ビーム照射により 試料表面が溶解 2 炭水化物 5 （でんぷん） ビタミンC 6 （アスコルビン酸Na） 3 ステアリン酸Mg 4 ビタミンB群 7 たんぱく質 （システイン、シスチン） スクラロース （ビタミンB2,B3,B6,B9,) 炭水化物 （セルロース） （ビタミンB2,B3,B6,B9) ビタミンB群やたんぱく質などの組成の近い相を判別 © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. まとめ 3109－7508－42 大面積SDD検出器 X-MaxN 大面積SDD ＋ 高エネルギー分解能 高倍率、最表面の分析や、低ダメージの分析に威力を発揮する 自動相分析ソフトウェア 自動かつリアルタイムに相分析を実施できる。 組成が近い相や、面積率の低い相、微量元素を含む相の 検出が可能である。 © 2013 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 7 © 2013 HORIBA, Ltd. All Right Reserved 無断転載･複写複製について 本資料の内容の一部あるいは全部を当社の許可なく無断で転載したり 変更したりすることは、固くお断りします。
© Copyright 2024 Paperzz
