표면 분석이란 무엇인가? | 칼럼

표면 분석이란 무엇인가
표면 분석 장비의 종류와 특징
표면 분석 장비에 따른 분석 영역/깊이 차이
표면 분석 장비의 원리 및 검출 신호의 차이
표면 분석 방법 선택을 위한 포인트
표면 분석의 예
1. XPS
2. AES
3. AES / XPS
4. SEM / AES
5. EPMA
6. EPMA(WDS)/SXES
제품 개요
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표면 분석이란 무엇인가요?

표면 분석은 재료 표면층(수 nm에서 수 µm)에서 원소 구성, 화학적 상태, 미세 구조를 밝히는 분석 기법입니다.
부식, 마모, 접착, 성능과 신뢰성에 영향을 미치는 반응 등의 현상은 주로 표면에서 발생하므로, 재료 평가, 품질 관리, 고장 분석에 표면 분석이 필수적입니다.

분석을 위해서는 샘플 상태(목표 지점, 크기, 재료 등)와 분석 목적에 따라 가장 적합한 방법을 선택하는 것이 필요합니다.

어떤 정보를 알고 싶으신가요? 샘플의 재질은 무엇인가요?
우리가 알고 싶은 정보의 범위는 어디까지인가요? 얼마나 심도 있게 알고 싶은가요?
수용성인가요? 용매와 반응하나요? 전처리가 필요한가요?

목적에 맞는 분석방법을 선택하는 것이 중요하다

표면 분석 장비의 종류와 특징

아래 그림은 여기원, 검출 신호, 정량성, 화학적 상태 분석 가능 여부, 감도, 절연체 취급, 깊이 방향 분석 능력 등 다양한 관점에서 일반적인 표면 분석 방법을 비교한 것입니다. 각 방법의 특징을 이해하고 목적에 따라 적절한 분석 방법을 선택하는 것이 중요합니다.

분석 방법	EPMA(WDS)/SXES/EDS	AES	XPS	XRF	SIMS 분석 서비스
여기 소스	전자빔	전자빔	엑스레이실	엑스레이실	이온
신호	특성 X선	오거 전자	광전자	형광 X선	2차 이온
검출 가능한 원소	~ (WDS, EDS)가 되세요 Li(SXES, 윈도우리스 EDS)	리 ~	리 ~	씨 ~	H~
정량 분석	○	○	○	○	×
화학적 상태	△	○	○	×	유기 화합물
감지 깊이	수 µm	수 nm	수 nm	수 mm	수 nm
감도	수십 ppm （질량 농도）	수천 ppm （원자 농도）	수천 ppm （원자 농도）	수십 ppm （질량 농도）	수 ppm （원자 농도）
절연체	○ (전도성 코팅)	△	○	○	○
깊이 분석	△	○	○	×	○
내구력	정성 분석 정량 분석 광역 ~ 미시 영역 분석	미시 영역 분석 화학 결합 상태 분석 깊이 프로파일 분석	절연체 분석 화학 결합 상태 분석 깊이 프로파일 분석	정성 분석 박막 분석 미량 원소 분석	유기물 분석 미량 원소 분석
과제	화학 결합 상태 분석 (SXES에서 강함) 유기물 분석	광역 분석 절연체 분석 유기물 분석	미시 영역 분석 미량 원소 분석	미시 영역 분석	정성 분석 정량 분석

이 칼럼에서는 JEOL에서 제공하는 표면 분석 장비인 XPS(광전자 분광기), AES(오거 마이크로프로브), XRF(X-선 형광 분광기), EPMA(전자 프로브 마이크로분석기)와 표준 파장 분산형 X-선 분광기, SEM+EDS(주사전자현미경＋에너지 분산형 X-선 분광기), SXES(연질 X-선 방출 분광기)에 대해 설명합니다. 이들은 EPMA(WDS)와 SEM에 장착 가능합니다.
우리는 각 메커니즘, 분석에서의 강점과 약점, 그리고 도구 선택을 위한 핵심 사항을 명확하게 설명합니다.

JEOL의 표면 분석 장비

JPS-9030 광전자 분광계

JAMP-9510F 전계 방출 오거 마이크로 프로브

JXA-iHP200F 전계 방출 전자 프로브 미세 분석기(FE-EPMA)

JSX-1000S X선 형광 분광기(XRF)

표면 분석 장비에 따른 분석 영역/깊이 차이

XRF는 가장 깊고 넓은 영역에서 원소 분석을 가능하게 합니다. 전체 벌크 물질의 평균 조성을 이해하는 데 적합하며, 넓은 시야에서 정성/정량 분석에 활용됩니다.

반면, SEM+EDS와 EPMA(WDS)는 약 수 마이크로미터의 국소 영역에서 발생하는 X선을 검출하여 국소 원소 분포를 조사할 수 있습니다. SEM+EDS는 형태 분석과 원소 분석을 동시에 수행할 수 있으며, EPMA는 더욱 정밀한 정량 분석 및 면적 분석에 탁월한 성능을 제공합니다.

연X선 방출 분광기(SXES)

소프트 X선 방출 분광기(SXES)는 새롭게 개발된 회절 격자와 고감도 X선 CCD 카메라로 구성된 초고분해능 분광기입니다.
EDS와 마찬가지로 병렬 검출이 가능하며, 0.3eV(페르미에지, Al-L 표준)의 초고에너지 분해능 분석이 가능하여 WDS의 에너지 분해능을 뛰어넘습니다.

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더욱이 AES와 XPS는 약 수 나노미터 깊이의 매우 얕은 표면층에서도 신호를 얻을 수 있도록 합니다. 이는 표면 처리, 오염, 산화 상태 등 표면층의 화학적 상태를 평가하는 데 최적입니다.

따라서 나노미터 단위의 극한 표면을 조사하려면 AES 또는 XPS가 적합합니다. 마이크로미터 단위의 국소 분석에는 SEM과 EDS 또는 EPMA를 병용하는 것이 적합합니다. 대상이 밀리미터 단위의 넓은 영역인 경우 XRF가 최선의 선택입니다. 적합한 장비는 필요한 분석 깊이와 시야 크기에 따라 달라집니다.

표면 분석 장비의 원리 및 검출 신호의 차이

아래 그림과 같이 각 기기는 서로 다른 여기원(입사 탐침)과 검출 신호를 가지고 있으며, 그 특징에 따라 얻을 수 있는 정보도 다릅니다.

각 악기의 원리는 다음을 확인하세요.

광전자 분광계(ESCA) 오제 전자 분광법(AES) 전자 프로브 마이크로 분석기(EPMA)

에너지 분산형 형광 X선 분광기 주사전자현미경(SEM)

표면 분석 방법 선택을 위한 포인트

표면 분석에서는 시료의 특성과 분석 목적에 따라 적절한 기법을 선택하는 것이 중요합니다. 생물학적 시료나 액체 시료처럼 진공에 취약한 시료의 경우, 대기압에서 수행할 수 있는 XRF나 저진공 모드를 갖춘 SEM과 같은 방법이 효과적입니다. 시료가 진공 환경을 견딜 수 있다면 XPS, AES, EPMA와 같이 더 민감하고 분해능이 높은 기법을 고려할 수도 있습니다.
이 섹션에서는 각 목적에 맞는 최적의 분석 방법을 수치와 함께 소개합니다.

정성/정량 분석

지역 분석

상태 분석

표면 분석의 예

이 섹션에서는 XPS, AES, EPMA와 같은 표면 분석 장비를 사용한 구체적인 응용 사례를 소개합니다.

제품 개요

표면 분석은 장비의 성능과 신뢰성을 결정하는 핵심 정보를 얻는 기술입니다. 본 논문에서는 일반적인 분석 방법의 특징과 선택 시점, 장비별 강도, 그리고 구체적인 적용 사례를 통해 장비 선택의 핵심을 설명합니다.

JEOL 주식회사는 초보자부터 연구자까지 폭넓은 요구를 충족시킬 수 있는 제품 라인업을 갖추고 있으며, 도입부터 운용까지 지원을 받아 활용할 수 있습니다.
표면 분석에 대한 질문이나 장비 선택에 대한 문의사항이 있으시면 언제든지 저희에게 연락 주시기 바랍니다.

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JPS-9030 광전자 분광계(XPS)

JAMP-9510F 전계 방출 오거 마이크로 프로브

JXA-iHP200F/JXA-iSP100 전자 프로브 미세 분석기

JSX-1000S X선 형광 분광기(XRF)

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JEOL은 1949년 설립 이래 최첨단 과학 및 계측 기기, 산업 및 의료 장비 개발에 전념해 왔습니다.
오늘날 우리 회사의 많은 제품이 전 세계적으로 사용되고 있으며, 우리는 진정한 글로벌 기업으로 높은 평가를 받고 있습니다.
우리는 '전 세계의 과학기술을 뒷받침하는 최고의 틈새 기업'이 되는 것을 목표로, 점점 더 정교해지고 다양해지는 고객의 요구에 정확하게 부응해 나갈 것입니다.

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표면 분석이란 무엇인가요?

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