第38回 表面科学基礎講座目次
表面・界面分析概論
産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 野副尚一
1.
はじめに
2.
表面・界面分析の特徴
3.
予備知識
3.1.
原子・表面
3.2.
プローブ
3.2.1.
電磁波（光）
3.2.2.
電子
3.2.3.
イオン
4.
表面/界面分析の素朴な疑問をとうして考えて見よう。
4.1.
何故表面分析には真空が必要か？
4.2.
何故表面分析となるのか？
4.3.
何故AESは微分形か？
4.4.
何故オージェスペクトルは運動エネルギー表示なのか？
4.5.
何故XPSのX線源はAlとMgなのか？
4.6.
水素はどのようにして検出するのか？
4.7.
何故電子エネルギー損失分光法は分析電顕で用いられるのか。
4.8.
何故RHEEDは斜入射なのか？
4.9.
何故SPMは高分解能なのか？
5.
将来展望
FT-IR、ラマン分光
（株）東レリサーチセンター 吉川正信
1.
はじめに
2.
全反射（ATR）法による薄膜・表面分析
2.1.
原理
2.2.
測定方法・装置
2.3.
赤外分光法を用いた分析例
2.4.
ラマン分光法を用いた分析例
3.
高感度反射（RAS）法による金属表面の分析
3.1.
原理
3.2.
分析例
4.
表面電場の増強を利用する表面分析法
4.1.
表面増強ラマン（SERS）効果を利用した最表面分析法
4.2.
表面電磁波を利用する高感度赤外分光法
5.
共鳴ラマン効果を利用した薄膜・表面分析法
5.1.
原理
5.2.
分析例
6.
最近のトピックス
6.1.
シリコン酸化膜の構造解析
6.2.
顕微分光法を用いた深さ方向の構造解析
7.
今後の課題
薄膜X線回折法
株式会社リガク 光永 徹
1．
はじめに
2．
X線分析の特徴
3．
測定手法とその原理
3-1 X線反射率法
3-2 X線回折法
3-2-1 Out-of-plane測定
3-2-2 In-plane測定
4．
その他の測定手法
4-1 極点測定
4-2 ロッキングカーブ測定
4-3 逆格子マップ測定
5. 測定例
6. 測定光学系
6-1 反射率測定，Out-of-plane測定光学系
6-2 In-plane測定光学系
6-3 高分解能測定光学系
5．
まとめ
電子顕微鏡（TEM）
岡山理科大学 横田康広
・はじめに
1.
透過型電子顕微鏡（TEM）の構成
2.
電子光学の知識
3.
電子回折
4. 電子顕微鏡像の観察
a 試料作製法
b 結晶の晶帯軸と電子顕微鏡の光軸を一致
c 断面試料作製法
d FIBによる断面観察試料の作製
5. 像記録デバイスの進歩
a TVレートカメラ
b スロースキャンCCDカメラ
c イメージングプレート（IP）
d 画素数と読みとり深さ
6. 電子エネルギー損失分光器
a 電子エネルギー損失分光器（EELS）の原理
b 各種の電子エネルギー損失分光装置（EELS）
c エネルギー損失電子装置（EELS装置）の応用
7. まとめ
SEM・EPMAの基礎
（株）島津総合分析試験センター 林広司
1.
はじめに
2.
EPMAで利用される信号
3.
X線の発生原理
3.1.
連続X線
3.2.
特性X線
4.
電子線の進入領域とX線の発生領域
5.
加速電圧とX線強度
6.
二次電子の発生
6.1.
二次電子放出率δ（secondary emission coefficient）
6.2.
二次電子放出率の入射角依存性
6.3.
反射電子（BSE: backscattered electron）
6.4.
反射電子像のコントラスト
6.5.
吸収電子（AE: absorbed electron）
7.
加速電圧と二次電子像の関係
8.
加速電圧とチャージアップ
9.
EPMAの装置構造
10. 電子銃と対物レンズ
11. 結晶型電子源CeBix
12. 非点補正
13. EPMAによる定量分析
14. EPMAによる状態分析
15. マッピングと相分析
材料・デバイスの分析・解析概論（Ⅰ） ～有機EL素子を中心に～
豊田中央研究所 村瀬 篤
1.はじめに
２.有機EL素子の構成と発光メカニズム
3.素子開発の各プロセスにおける諸課題と解析
（1）材料の開発
（2）成膜過程
（3）素子の劣化、長寿命化
4.有機薄膜の表面・界面分析技術
4.1 有機表面分析
（1）飛行時間型二次イオン質量分析（TOF-SIMS）
（2）X線光電子分光法（XPS）
（3）顕微赤外分光法（IR）
4.2 深さ方向組成分析
（1）オージェ電子分光法（AES）
（2）二次イオン質量分析法（SIMS）
4.3 表面・界面形態解析
（1）走査型電子顕微鏡（SEM）
（2）透過型電子顕微鏡（TEM）
（3）走査型プローブ顕微鏡（SPM）
5.ケーススタディー
5.1 陽極表面の極性と蒸着膜のモルフォロジ
5.2 発光層/陰極界面での劣化評価
5.3 ダークスポットの解析
（1）テープ剥離位置の特定
（2）テープ剥離面の二次イオン像
（3）ダークスポットの二次イオンスペクトル
6.おわりに
電子分光装置の基礎
アルバック・ファイ（株） 大岩 烈
1.
はじめに
2.
表面分析の開発動向
3.
電子分光とは・・・
4.
どれくらい薄い領域を分析しているのか
5.
なぜ？薄い領域だけの情報が得られるのか？
6.
エネルギースペクトルの例
7.
どれくらい小さな領域まで分析できるのか
8.
得られたデータを正しく解釈をする前に、正しく測定する必要がある
9.
電子分光装置の構成
9.1.
真空排気系
・
なぜ、表面・界面分析に超高真空が必要か？
・
気体の平均自由行程
・
試料表面に衝突する残留気体分子の数
・
超高真空を作る
9.2.
サンプルハンドリング系
9.3.
プローブ系
(a) 電子・イオンの軌道
(b) 電子銃、イオン銃とX－線源
b-1. 電子銃
b-2. イオン銃
b-3. X線源
b-4. X線の単色化
9.4.
エネルギー分光器
(a) 阻止電位型分光器
(b) 偏向型分光器
b-1. セクター型分光器 SCA （同心半球分光器）
a.
SCAの動作原理
（1） SCAの特長
（2） SCAを用いた微小領域XPS
（3） 位置合わせ/イメージング機能
b-2. CMA
（1） CMAの動作原理
（2） 試料と分光器の位置合わせ
9.5.
各種検出器
10. コントロール系（コンピュータ）
(a) データ取り込みに関する改善
(b) データ取り込み後の改善
11. 表面分析で何がどこまで分かるのか？
11.1. AESの分析例
(a) 微小領域分析例
(b) 深さ方向分析（特に深さ方向分解能）例
(c) 深いところの極めて薄い薄膜分析の断面観察例
11.2. XPSの分析例
(a) モノクロメータを用いた非破壊・高感度・高分解能分析例
(b) XPSによる微小領域分析/化学状態分析
(c) 薄い酸化膜を測定する技術（角度依存を利用したXPS）
12. おわりに
オージェ電子分光法（AES）
（株）コベルコ科研 笹川 薫
1.
歴史
2.
原理
2.1.
概略
2.2.
オージェ遷移
2.3.
非弾性平均自由行程（IMFP）
2.4.
背面散乱
3.
測定と解析
3.1.
定性分析
3.2.
定量分析
3.2.1.
定量の基本式
3.2.2.
簡易定量
3.3.
深さ方向分析
3.4.
微小部分析
3.5.
面分析
3.6.
状態分析
3.7.
EELS分析
3.8.
試料の帯電
3.9.
電子線照射ダメージ
4.
他の分析法との比較
4.1. EPMAとの比較
4.2. XPSとの比較
X線光電子分光分析法（XPS）
住友金属テクノロジー（株） 薄木 智亮
1.
はじめに
2.
XPSの原理
3.
XPS分析の実際とその問題点
3.1.
定量分析
（1） 相対感度係数を用いた定量分析
（2） 薄膜の定量分析
（3） 定量分析の問題点
3.2.
化学結合状態の分析
（1） ケミカルシフト
（2） 束縛エネルギー値からの推定
（3） ピーク形状および全スペクトルからの推定
（4） X線励起オージェスペクトルの利用
（5） 状態分析の問題点
3.3.
深さ方向分析
（1） Arイオンスパッターを用いた深さ方向分析
（2） 光電子取出角変化による深さ方向分析
4.
絶縁物のXPS分析
5.
おわりに
二次イオン質量分析法（SIMS）
（株）東レリサーチセンター 加連明也
1.
はじめに
2.
ダイナミックSIMS（D-SIMS）
2.1.
装置
（1） 質量分析計による分類
（2） 走査型および投影型SIMS
2.2.
スパッタリングと二次イオン発生に関わる基礎事項
（1） スパッタ収率
（2） 二次イオンの生成とイオン化率
（3） マトリックス効果
2.3.
定量分析の基礎
2.3.1.
相対感度因子
2.3.2.
相対感度因子の求め方
2.3.3.
SIMSプロファイルの測定精度
2.4.
SIMSプロファイル測定の実際
2.4.1.
妨害イオンと質量分解能
2.4.2.
装置のバックグラウンド
2.4.3.
深さ分解能を支配する要因
（1） イオンビームによるミキシング
（2） クレータ形状による効果
（3） マイクロラフネス
2.4.4.
極浅領域の測定
2.4.5.
主成分元素のプロファイル：窒化SiO2薄膜の分析
2.4.6.
バックサイドSIMS
2.4.7.
絶縁物の分析
3.
スタティックSIMS（S-SIMS）
3.1.
S-SIMSで扱われる二次イオンの生成過程
3.2.
四重極型SIMSからTOF-SIMSへ
（1） TOF-SIMSの装置と原理
（2） TOF-SIMSの特徴
3.3.
TOF-SIMSの表面汚染分析への応用
4.
おわりに
イオン散乱法
京都大学大学院工学研究科 木村健二
1.
はじめに
2.
弾性散乱因子
3.
散乱断面積
4.
阻止能
5.
エネルギー・ロス・ストラグリング
6.
組成分析
7.
深さ分析
8.
チャネリング
9.
弾性反跳法（ERDA）
10. 中エネルギーイオン散乱法（MEIS）
11. 低エネルギーイオン散乱（LEIS）
走査プローブ顕微鏡の基礎と応用
大阪大学大学院工学研究科 森田清三
1.
走査プローブ顕微鏡(SPM)の原理
2.
SPMの三次元空間分解能
2.1. SPMの垂直分解能
2.2. SPMの水平分解能
3. 走査トンネル顕微鏡(STM)の原理
4. 原子間力顕微鏡(AFM)の原理
5. 近接場光学顕微鏡(SNOM)の原理
6.
非接触原子間力顕微鏡(NC-AFM)の超高感度化と超高分解能化
6.1. 接触点の定義とNC-AFM像の距離依存性
6.2. 非接触原子間力顕微鏡の分解能
6.3. 非接触原子間力顕微鏡の空間分解能実証例
7. 非接触原子間力顕微鏡(NC-AFM)の機能と測定例
7.1.
原子間力の三次元計測（アトミック・フォース・マッピング）
・
Si(111)√3ｘ√3-Agのフォースマップ測定
7.2.
原子間力の判別と原子の力学的同定
・
Siと酸素原子・分子の力学的同定
・
Ⅳ族Si原子とSn原子の力学的同定
7.3.
原子間力と原子位置の力学的制御
・
酸化Si探針によるSi(111)7x7の原子間力の制御
・
Ag吸着探針によるSi（111）√3x√3-Agの原子間力の制御
・
Si（100）1x1：2Hダイハイドライド表面のSi原子の制御
7.4.