EDXとSIMSの違い：元素分析の原理・検出下限・深さと横方向の分解能・破壊か非破壊か・定量性を比較
EDXとSIMSは、どちらも試料にどの元素がどれだけ含まれるかを調べる分析法ですが、得意なことが大きく違います。EDXは、電子線を当てたときに出る特性X線のエネルギーから元素を調べる方法で、SEMやTEMで見ている場所の組成を短時間でほぼ非破壊に分析できます。ただし検出下限は一般に約0.1 wt%で、主成分や異物の同定に向きます。SIMSは、一次イオンで試料を削りながら飛び出した二次イオンを質量分析する方法で、元素によってはppb程度まで検出でき、不純物の深さ方向の分布を測れます。その代わり試料を削る破壊分析で、正確な定量には標準試料が必要です。
| 項目 | EDX | SIMS |
|---|---|---|
| 原理 | 電子線で内殻の電子をはじき出し、出てくる特性X線のエネルギーを検出器で測る | セシウムや酸素の一次イオンで試料をスパッタし、飛び出した二次イオンを質量分析する |
| 検出下限の目安 | 一般に約0.1 wt% | 元素と条件によって一般にppm〜ppb |
| 測れる元素 | 一般にホウ素や炭素より重い元素。軽元素は感度と定量性が悪く、水素は測れない。ピークが重なる元素もある(シリコンとタングステンなど) | 水素を含むほぼすべての元素と同位体。質量が近いイオンの重なり(例えば³⁰SiHと³¹P)に注意する |
| 深さ方向の情報 | 電子が広がる範囲(SEMで調べるバルク試料では数百nm〜数µm程度)の平均。深さ方向の分布は得にくい | 表面から削りながら測るので深さ方向の分布が得られる。深さ分解能は一般に数nm程度 |
| 横方向の分解能 | SEMでは電子の広がりでおよそµm程度。TEMやSTEMの薄い試料ではnmレベル | 深さ方向の分析では、一般に数十〜数百µm角の領域の平均 |
| 破壊か非破壊か | 分析そのものはほぼ非破壊(電子線で傷む材料もある)。TEMで調べるには、FIBなどで薄片を切り出す | 破壊分析。測った部分は削られてなくなる |
| 定量の方法 | 補正計算で、主成分のおおよその組成がその場でわかる。軽元素や微量の元素では誤差が大きい | イオンになる割合が周囲の材料で大きく変わる(マトリックス効果)ので、同じ母材の標準試料で濃度に換算する |
| 速さと手軽さ | SEMやTEMに検出器を付けて使い、一般に数分程度でスペクトルが得られる | 専用の装置が必要で、1つの深さ方向の分析にも時間がかかる |
| 主な用途 | 異物や不良箇所の同定、膜や合金の組成、TEMでの元素の分布図 | イオン注入やドーピングの分布、接合の深さ、膜中や界面の微量の汚染(水素・炭素・酸素なども含む) |
数値は代表的な目安で、世代や製品によって異なります。