Oberflächen- und Dünnschichtanalysen an Glasoberflächen und Oberflächenbelägen^) Teil 1. Oberflächen- und Tiefenprofilanalysenverfahren

Abstract

Es werden die Grundlagen häufig angewendeter charakteristischer Oberflächenanalysenverfahren skizziert. An Beispielen wird erläutert, wie diese und andere Oberflächenanalysenverfahren zur Element- und Konzentrationsprofilanalyse in der Glastechnik eingesetzt werden können. Die Nachweisempfindlichkeit der einzelnen Verfahren für die Elemente ist sehr verschieden. Zur Elementanalyse müssen deshalb häufig mehrere Verfahren herangezogen werden. Eine quantitative Analyse ist wegen der Matrixeffekte meist nur durch Eichung mit Standardpräparaten möglich. Für die Anwendung der Verfahren zur Analyse von Konzentrationsprofilen ist häufig eine stufenweise oder kontinuierliche Abtragung der Oberflächenschichten und -beläge durch Projektilstrahlätzen nötig. Durch diese Ätzung und durch die signalanregende Primärstrahlung werden die ursprünglichen Konzentrations-Tiefenprofile verändert und die Tiefenauflösung vermindert. Besonders zu beachten ist die Wirkung der Oberflächenaufladungen, die bei Anwendung der Verfahren auf isolierende Stoffe und besonders von Gläsern auftreten. Zur Rekonstruktion der Originalprofile aus den Intensitäts-Tiefenprofilen ist es deshalb auch hier häufig unumgänglich, mehrere Verfahren anzuwenden, die sich hinsichtlich Elementnachweis und Nachweisempfindlichkeit ergänzen und mit denen Matrixeffekte und aufladungsbedingte Konzentrationsänderungen an der zu analysierenden Oberfläche eliminiert und Verbesserungen der Tiefenauflösung von Tiefenprofilen erzielt werden können. Surface and thin film analysis of glass surfaces and surface coatings Part 1. Surface and depth profile analysis methods The basic principles of the main methods of surface analysis are outlined. How these and other methods of surface analysis may be used for elemental and concentration profile analysis in glass technology is indicated by examples. It is very important to take into account the very different sensitivities of the various methods for individual elements and, because of matrix effects, quantitative analysis is generally only possible by calibration with standards samples. Therefore the application of different methods can be unavoidable. Use of these methods for analysis of concentration profiles is generally made through continuous or step-wise removal of the surface layers or coatings by ion beam etching. The original depth profile and the in-depth resolution can be changed by this and by the primary radiation that produces the signal. Surface charge is particularly important when insulating materials, especially glasses, are examined. Because of these special problems reconstruction of the original depth profile from results obtained by only one technique is difficult. Therefore results from other methods are required for both surface and in-depth profile analysis which complete each other and in which matrix effects and charge induced effects can be eliminated. Analyses de surfaces et de couches minces sur des surfaces de verre et des revêtements superficiels 1ère partie. Méthodes d'analyse des profus de surface et en profondeur On esquisse les bases des méthodes caractéristiques d'analyse des surfaces le plus souvent employées. On explique, en s'appuyant sur des exemples, comment ces méthodes et d'autres procédés d'analyse des surfaces peuvent être appliques à l'analyse des éléments et du profil de concentration en technologie verrière. Parce que la limite de détection des élements diffère suivant chaque méthode il est nécessaire d'appliquer plusieurs méthodes. Une analyse quantitative n'est le plus souvent possible, en raison des effects de matrice, que par étalonnage avec des préparations standard. Pour appliquer les méthodes à l'analyse des profils de concentration, il est nécessaire, la plupart de temps, d'attaquer par un trait interrompu ou progressivement les couches et revêtements superficiels avec un faisceau ionique ou atomique. Ces méthodes, ainsi que le rayonnement primaire excitateur, peuvent limiter la résolution en profondeur et modifier le profils de concentration en profondeur originels. II faut particulièrement faire attention à l'influence des charges de surface qui apparaissent lorsqu'on emploie la méthode sur des matériaux isolants et en particulier les verres. Pour la reconstitution des profils originels à partir des profils d'intensité en fonction de la profondeur il est indispensable, tant pour l'analyse des surfaces que pour celle des profils en profondeur, de compléter les études par des méthodes complémentaires dans lesquelles les effets de matrice et les distorsions dues aux charges peuvent être éliminés.